PROGRAMA BRASILEIRO DE ELIMINAÇÃO DOS HCFCs PBH. Curso sobre Sistemas de Água Gelada

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1 PROGRAMA BRASILEIRO DE ELIMINAÇÃO DOS HCFCs PBH Curso sobre Sistemas de Água Gelada

2 Presidência da República Michel Temer Ministério do Meio Ambiente José Sarney Filho Secretaria de Mudanças Climáticas e Qualidade Ambiental Everton Frask Lucero Departamento de Mudanças Climáticas Adriano Santhiago de Oliveira Gerência de Proteção da Camada de Ozônio Magna Leite Luduvice

3 MINISTÉRIO DO MEIO AMBIENTE SECRETARIA DE MUDANÇAS CLIMÁTICAS E QUALIDADE AMBIENTAL DEPARTAMENTO DE MUDANÇAS CLIMÁTICAS GERÊNCIA DE PROTEÇÃO DA CAMADA DE OZÔNIO PROGRAMA BRASILEIRO DE ELIMINAÇÃO DOS HCFCs PBH Curso sobre Sistemas de Água Gelada Projeto para o Gerenciamento Integrado do Setor de Chillers BRA/12/G77 MMA Brasília,

4 Coordenação das Atividades Ana Paula Pinho Rodrigues Leal Frank Amorim Marina Lopes Ribeiro Elaboração L. Tomaz Cleto Mauricio Salomão Rodrigues Colaboração Alex Marques da Silva Cleonice Soares de Araújo Gabriela Teixeira Rodrigues Lira Tatiana Lopes de Oliveira Coordenação do Projeto BRA/12/G77 Secretaria de Mudanças Climáticas e Qualidade Ambiental Departamento de Mudanças Climáticas Gerência de Proteção da Camada de Ozônio SEPN 505, Lote 2, Bloco B, Ed. Marie Prendi Cruz CEP: Brasília-DF Telefone: (61) ozonio@mma.gov.br Implementação do Projeto BRA/12/G77 Programa das Nações Unidas para o Desenvolvimento PNUD Unidade de Implementação e Monitoramento, Protocolo de Montreal Setor de Embaixadas Norte, Quadra 802, Conj. C, Lote 17 Brasília-DF, CEP: Tel: (61) Empresa Contratada para Execução Somar Engenharia Ltda Tel: (11) / REPRODUÇÃO DESTE DOCUMENTO Este documento pode ser reproduzido na íntegra ou em parte sem consentimento prévio por escrito desde que a parte reproduzida seja atribuída ao Ministério do Meio Ambiente e ao Programa das Nações Unidas para o Desenvolvimento. 2

5 Sumário Prefácio 4 Conteúdo Cursos....5 Introdução....6 Conceitos de Refrigeração para Chillers Conceitos de Eficiência em Sistemas de Refrigeração...20 Tipos de Sistemas de Água Gelada...36 Novas Concepções de Sistemas de Água Gelada...49 Eficiência Energética em Sistemas de Água Gelada Existentes...90 Comparações entre Sistemas de Água Gelada e Outros Sistemas Projetos Eficientes com Sistemas de Água Gelada Benefícios Econômicos de Sistemas de Água Gelada Eficientes Controle e Monitoramento para Automação de Sistema de Água Gelada Operação e Manutenção de Sistemas de Água Gelada Processos de Comissionamento Processos de Retrocomissionamento - Relato de Caso Procedimentos para Medição e Verificação (M&V) de Desempenho Linhas de Financiamento e Mecanismos para Projetos de Retrofit em Sistemas de Ar Condicionado

6 PREFÁCIO O Protocolo de Montreal sobre Substâncias que Destroem a Camada de Ozônio é um tratado internacional criado para proteger a camada de ozônio por meio da eliminação da produção e consumo das Substâncias Destruidoras do Ozônio (SDOs). Estabelecido em 1987, este acordo entrou para a história ao se tornar o primeiro tratado sobre meio ambiente a ser universalmente ratificado pelos 197 países. O Fundo Multilateral para a Implementação do Protocolo de Montreal (FML) é o mecanismo financeiro criado para prover assistência técnica e financeira aos países em desenvolvimento para a eliminação total do consumo de SDOs de acordo com os cronogramas acordados para cada tipo de substância controlada. O Brasil é um país signatário do Protocolo de Montreal e é considerado elegível à assistência financeira do FML, por ser classificado como um país do Artigo 5 (A -5). O País atingiu a eliminação total dos clorofluorcarbonos (CFCs) em 1º de Janeiro de 2010, c om o auxílio do FML. Desde então, o consumo de CFC encontra-se totalmente banido dos processos de manufatura de espumas de poliuretano, na fabricação de equipamentos de refrigeração e ar condicionado, como solvente, esterilizante, propelente em medicamentos, etc. O Programa das Nações Unidas para o Desenvolvimento (PNUD) é uma das agências implementadoras do Protocolo de Montreal que presta assistência técnica e operacional aos países do Artigo 5 para a eliminação total das SDOs. No Brasil, o PNUD trabalha em cooperação com o governo brasileiro, atuando como agência líder para a execução das ações de proteção da camada de ozônio. Na 47ª reunião do Comitê Executivo do Fundo Multilateral para a Implementação do Protocolo de Montreal, realizada em 2005, foi aprovado o desenvolvimento de um projeto demonstrativo com o objetivo de realizar o manejo integrado no subsetor de resfriadores de líquido, com ênfase na utilização de tecnologias energeticamente eficientes e livres de CFC, estimulando a substituição de equipamentos obsoletos com este tipo de substância. Tal iniciativa deu origem ao Projeto BRA12G77, que visa estimular o aumento do interesse das partes diretamente envolvidas (proprietários, usuários finais e empresas de engenharia) por projetos de sistemas de água gelada otimizados e processos de retrocomissionamento de sistemas ar condicionado em edifícios existentes, com vistas à modernização e otimização da eficiência energética em edificações, produzindo benefícios ambientais e econômicos como resultado final. Em 2013 iniciou-se no Brasil o processo de eliminação dos HCFCs, que será plenamente concluído em 2040, embora, a partir de 2030, o consumo residual seja limitado a 2,5% do consumo sobre a linha de base (média do consumo de 2009 e 2010). Tais ações não só demandam a realização de atividades para a redução do consumo de SDOs, como também aparecem como excelente oportunidade para demonstrar que a adoção de práticas eficientes pode produzir benefícios ambientais e econômicos aos interessados em adotar sistemas e projetos eficientes em instalações de ar condicionado que utilizam resfriadores de líquido (chillers). A seguir, as principais atividades que compõem o Projeto BRA/12/G77: 01) Guia Informativo contendo informações básicas sobre sistemas de água gelada para edifícios e as opções tecnológicas de baixo GWP livres de CFC ou HCFC. 4

7 02) Manual sobre Sistemas de Água Gelada para edifícios, dividido em 3 volumes: I) Conceitos sobre Chillers e Sistemas de Água Gelada; II) Projeto, Instalação e Operação de Sistemas de Água Gelada; III) Estratégias de Otimização de Sistemas e Análises Técnico-Econômicas. 03) Eventos Técnicos de capacitação para aperfeiçoamento de profissionais do setor de ar condicionado e de gestores de edificações públicas e privadas, incluindo: 02 Seminários destinados aos profissionais do setor de ar condicionado, realizados no Rio de Janeiro e Fortaleza; 01 Workshop destinado aos profissionais do setor de ar condicionado, realizado em São Paulo; 02 Cursos destinados aos profissionais do setor público, realizados em Brasília e São Paulo. 04) Processos de Retrocomissionamento em sistemas de ar condicionado (envolvendo central de água gelada, condicionadores de ar e circuitos de distribuição de ar), em edifícios que possuam resfriadores de líquido (sis tema de água gelada) em operação com CFC ou HCFC. CONTEÚDO DOS CURSOS A proposta dos cursos é divulgar os principais conceitos sobre Chillers e Sistemas de Água Gelada e suas aplicações em sistemas de ar condicionados para edifícios, com ênfase nos aspetos de projeto, instalação e operação. Os cursos serão elaborados e aplicados pelos consultores da Somar Engenharia Maurício Salomão Rodrigues e L. Tomaz Cleto e abrangendo os seguintes principais tópicos: 1º DIA: Conceitos de refrigeração para Chillers; Principais tipos de sistemas de água gelada; Conceitos de eficiência ligados aos aspectos da refrigeração; Eficiência energética proporcionada pela utilização de sistemas de água gelada eficientes e retrofit de sistemas obsoletos; Metodologias para elaboração de projetos de sistema de água gelada eficientes; Processos de comissionamento de sistema de água gelada; Sistemas de controle e monitoramento para automação de sistema de água gelada; Operação e manutenção de sistemas de água gelada; 2º DIA: Projetos com novas concepções de sistemas de ar condicionado e de sistemas de água gelada; Principais vantagens da utilização de sistema de água gelada em comparação com outros sistemas disponíveis no mercado; Benefícios econômicos proporcionados pela utilização de sistemas de água gelada eficientes; Processos de retrocomissionamento de sistema de água gelada; Procedimentos para medição e verificação (M&V) de desempenho para um sistema de água gelada; Potenciais linhas de financiamento e mecanismos que facilitem a execução de projetos de retrofit em sistemas de ar condicionado. 5

8 INTRODUÇÃO SISTEMAS DE ÁGUA GELADA Ao longo da história da tecnologia da climatização de ambientes por meio de sistemas mecânicos, o sistema de água gelada ainda é solução mais eficaz em atender os requisitos de conforto térmico dos usuários, incluindo temperatura, umidade relativa e qualidade do ar nos ambientes ocupados. SUSTENTABILIDADE Nos últimos anos, com o fortalecimento do conceito de sustentabilidade aplicado às edificações por meio dos processos de certificação e etiquetagem, foram desenvolvidas novas tecnologias tornando os sistemas de água gelada ainda mais eficientes e versáteis para atender os requisitos de conforto e qualidade do ar dos usuários, razão de ser dos sistemas de climatização. EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DO SISTEMA Além do aspecto de eficiência energética dos equipamentos, os sistemas foram otimizados por meio de conceitos de chillers em série, circuito único com vazão de água gelada variável, desacoplamento das cargas sensíveis e latentes, que possibilita a aplicação de sistemas dedicados de resfriamento e desumidificação do ar exterior (DOAS) e a utilização de vigas frias, com resultados superiores a 30% quando comparados com a eficiência energética de sistemas tradicionais de água gelada ou sistemas com expansão direta. CARGA DE FLUIDO FRIGORÍFICO REDUZIDA Com os recentes desafios na busca de fluidos frigoríficos com baixo GWP, as melhores alternativas exigem restrições de uso. Alguns apresentam índices de toxicidade elevados (Amônia), e outros são inflamáveis (Hidrocarbonetos e os sintéticos HFOs). Ainda não há uma solução final, mas já é consenso geral no desenvolvimento de novas tecnologias que, independente de quais sejam os novos fluidos, a carga total deverá ser muito reduzida. Os sistemas de água gelada apresentam a menor carga de fluido frigorífico (restrita apenas à central de água gelada). Além disso, já estão disponíveis chillers com cargas da ordem de 10 a 15 vezes menores que chillers convencionais e 50 vezes menores que sistemas de expansão direta. Este é um requisito pouco observado no Brasil, mas que se intensificará nos próximos anos. 6

9 RETROCOMISSIONAMENTO O retrocomissionamento é o processo de comissionamento a ser realizado em edifícios existentes, que consiste em uma investigação detalhada do sistema, incluindo projeto executivo, instalação e condições de operação e desempenho atuais, a fim de identificar problemas e otimizar o sistema de ar condicionado do edifício. O retrocomissionamento não se trata de um simples diagnóstico energético do sistema, pois tem como principal objetivo recuperar os requisitos de conforto, qualidade do ar e eficiência do projeto. O retrofit de sistemas de ar condicionado exige altos investimentos e só se viabiliza em edifícios com sistemas obsoletos e muito deficientes. Já o retrocomissionamento se mostra viável mesmo em novos sistemas. Quanto melhor o projeto e mais eficiente o conceito do sistema, maiores são as oportunidades de otimização para atender os requisitos dos usuários nos ambientes, e trazer aumento significativo da eficiência do sistema, com retorno do investimento em prazos muito curtos. Através do processo de retrocomissionamento em edifícios existentes é possível melhorar a produtividade dos usuários, com o aumento do conforto térmico, e simultaneamente trazer ganhos operacionais ao sistema, com o aumento da eficiência energética a redução de custos de operação, além de trazer benefícios para proteção da camada de ozônio e do sistema climático. Os processos de comissionamento são também uma oportunidade para a capacitação das equipes técnicas das empresas de operação e manutenção dos edifícios, na medida em que se envolvem no processo e participam das ações de correção no sistema. Como resultado final do projeto, vislumbra-se um crescimento do conhecimento em todo setor de ar condicionado sobre sistemas de água gelada, principalmente sobre as novas tecnologias e otimização de sistemas existentes. Processos de retrocomissionamento em sistemas de ar condicionado aplicados nos EUA mostraram resultados com aumento da eficiência energética entre 15% e 40% após as medidas de correções. Além disso, há outros benefícios não energéticos, alguns mais relevantes, como o conforto térmico, a qualidade do ar interior e a produtividade dos usuários. 7

10 CONCEITOS DE REFRIGERAÇÃO PARA CHILLERS L. Tomaz Cleto 8

11 Projeto Demonstrativo para o Gerenciamento Integrado no Setor de Chillers Conceitos de Refrigeração para Chillers Leonilton Tomaz Cleto Execução Implementação Realização Diagrama Pressão x Entalpia (P x h) 9 1

12 Diagrama Pressão x Entalpia (P x h) Indica as propriedades termodinâmicas do fluido refrigerante; Permite visualizar processos termodinâmicos e verificar o comportamento de um sistema; Cada fluido refrigerante possui um diagrama próprio; É utilizado para dimensionar os vários componentes de um sistema. Diagrama Pressão x Entalpia (P x h) Ponto Crítico Gás Pressão Linha de Temperatura Constante Líquido Subresfriado Mistura de Líquido e Vapor Linha de Líquido Saturado Linha de Vapor Saturado Vapor Superaquecido Entalpia 10 2

13 Evaporador R-717 pressão 5.16 bar abs Tev= +5ºC 4 Efeito de Refrigeração 4 1 evaporador entalpia Evaporador Mistura de refrigerante Líquido e Vapor D A Refrigerante vapor Ar 11 3

14 Superaquecimento R-717 pressão Tev= 5 C Ts= 10 C 5.16 bar abs 4 4 { 1 entalpia superaquecimento Superaquecimento D Tabela Pressão x Temperatura - R-717 p= 5.16 bar abs Tev= 5ºC A Ts= 10ºC Ar Superaquecimento = Ts - Tev = 5 C 12 4

15 Compressor R pressão compressor entalpia Compressor A Refrigerante (VaporSuperaquecido ) a baixa pressão fluindo do evaporador B Refrigerante (VaporSuperaquecido) a alta pressão flui para o condensador 13 5

16 Calor de Compressão R bar abs 2iso 79.2 C pressão Tev= 5 C Tcd= 36 C 5.16 bar abs 4 entalpia 4 1 Calor de Compressão Isoentrópica Condensador B Refrigerante (VaporSuper aquecido) C ar externo Refrigerante líquido 14 6

17 Condensador R-717 subresfriamento bar 3 34 C { 3 condensador +36 C 2 2 pressão entalpia Subresfriamento Tabela Pressão x Temperatura - R-717 B p= bar abs Tcd= +36ºC Refrigerante (VaporSuper aquecido) C ar externo Subresfriamento = Tcd -Ts = 2 C Refrigerante líquido Ts= +34 º C 15 7

18 Dispositivo de Expansão D Mistura de refrigerante Líquido e vapor Refrigerante Líquido C Dispositivo de Expansão R-717 pressão 3 dispositivo de expansão entalpia 16 8

19 Ciclo Básico de Refrigeração Lado de Alta Pressão Condensador B Linha de descarga Linha de Líquido C Dispositivo de Expansão D Evaporador A Compressor Linha de Sucção Lado de Baixa Pressão Ciclo Básico de Refrigeração 17 9

20 Ciclo Básico de Refrigeração Sub-resfriamento CONDENSADOR COMPRESSOR DISPOSITIVO DE EXPANSÃO Superaquecimento EVAPORADOR Equações Básicas do Ciclo Capacidade Frigorífica: Q ev = m Ref x (h 1 h 4 ) (kg/s x kj/kg = kw) ou Q ev = m Ref x (h 4 h 4 ) (kg/s x kj/kg = kw) Potência Absorvida: W cp = m Ref x (h 2 h 1 ) (kg/s x kj/kg = kw) Calor Rejeitado: Q cd = m Ref x (h 2 h 3 ) (kg/s x kj/kg = kw) 18 10

21 Equações Básicas do Ciclo Rendimento Volumétrico do Compressor: vol m D Ref v 1 Vol.Comp m Ref Rendimento Isoentrópico do Compressor: D Vol.Comp v suc vol iso h h 2i 2r h h 1 1 iso m Ref (h W 2i cp h 1 ) 19 11

22 CONCEITOS DE EFICIÊNCIA EM SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO L. Tomaz Cleto 20

23 Projeto Demonstrativo para o Gerenciamento Integrado no Setor de Chillers Conceitos Eficiência Energética em Sistemas de Refrigeração Leonilton Tomaz Cleto Execução Implementação Realização Eficiência Energética SI COP COP (Coefficient Of Performance) Chiller Condensação a Água Q COP W COP (W ev cp cp Chiller Condensação a Ar Qev W vent )

24 Eficiência Energética - IP Chiller Condensação a Água kw/ton W Q cp ev Chiller Condensação a Ar kw/ton W cp W Qev vent 3 Eficiência Energética Para um determinado Chiller, a eficiência energética depende: Da característica dos componentes Eficiência do Compressor Eficácia dos Trocadores de Calor Da característica dos fluidos Fluido Refrigerante Fluido Secundário Fluido para Rejeição de Calor (Água, Ar) Das condições de operação Temperaturas de Saída (Evaporador/ Condensador) Condições do Ar Externo 2 22

25 Eficiência Energética Para um determinado Chiller, a eficiência energética depende: Do dimensionamento do Circuito de Refrigeração Do tipo de Evaporação Expansão Seca (Válvula de Expansão com Controle de Superaquecimento) Evaporação Inundada Da manutenção do Chiller Carga de Fluido Refrigerante Tratamento de Água Limpeza dos Trocadores de Calor COP Requisitos Mínimos IESNA/ANSI/ASHRAE Standard 90.1 Condições AHRI Standard 550/590 Tipo de Chiller Faixa de Capacidade (kw) Eficiência Mínima Requerida Variação Variação ASHRAE Ed Condensação a Ar (Scroll ou Parafuso) Condensação a Água (Scroll ou Parafuso) Condensação a Água (Centrífugo) 2010 PATH B 2013 PATH A 2013 PATH B > > 2013 < 528 > 528 < 528 COP COP COP IPLV IPLV IPLV > 528 e COP < 1055 IPLV > 1055 e COP < 2110 IPLV < 528 COP IPLV > 528 e COP < 1055 IPLV > 1055 e COP < 2110 IPLV > 2110 COP IPLV

26 Eficiência Energética - Approach Temperatura de Condensação Água de Resfriamento LIFT (DP cp ) Água Gelada Temperatura de Evaporação Eficiência Energética - Approach 4 24

27 Eficiência Energética - Approach Approach no Condensador 2U TCD- TsAgResf Approach no Evaporador 2L TsAgGel- TEV 9 Eficiência Energética - Approach Quanto Menor o Approach de Projeto no Condensador: Menor a Temperatura de Condensação Menor o Lift do Compressor (Maior Impacto) Menor a Potência Absorvida no Motor Elétrico Maior o COP do Chiller Quanto Menor o Approach de Projeto no Evaporador: Maior a Temperatura de Evaporação Menor o Lift do Compressor (Menor Impacto) Maior a Densidade do Vapor na Sucção do Compressor Maior a Capacidade de Resfriamento do Chiller Maior o COP do Chiller 5 25

28 Eficiência Energética - Approach Na análise operacional do desempenho de um Chiller, a verificação do Approach é essencial. O Approach é um item de projeto tão importante quanto a capacidade, a potência absorvida e o COP. Apesar de nem sempre ser fornecido, deve ser item de projeto obrigatório nas propostas dos fornecedores dos Chillers. É de simples verificação e pode indicar os possíveis desvios de desempenho do Chiller. Eficiência Energética - Approach Approach típico nos trocadores de um Chiller: No Evaporador: NÃO HÁ Precisa ver na Folha de Dados do Chiller em cada Projeto. No Condensador: NÃO HÁ Precisa ver na Folha de Dados do Chiller em cada Projeto. 6 26

29 Equações dos Trocadores de Calor Fluxo de Calor Trocado Equações dos Fluidos: Q m água Cpágua ( T1 T 2) Q m Ref ( h1 h2) Fluxo de Calor Trocado Equação do Trocador: Q K Aex TML 13 Equações dos Trocadores de Calor Coeficiente Global de Transferência de Calor: K 1 ex ff ex 1 in 1 ff in A A ex in tt t OBS: K será sempre menor que o menor a

30 Diferença de Temperatura Média Logarítmica TML (LMTD) Diferença de Temperatura Média Logarítmica TML (LMTD) 8 28

31 TML - Evaporador Evaporador T 1 TML (T1 T2) (T1 Tev) ln (T2 Tev) T 2 T 2 T ev T ev TML - Condensador Condensador T cd Tcd T 2 TML (T2 T 1) (Tcd T 1) ln (Tcd T2) T 1 T

32 Equações dos Trocadores de Calor O desempenho do trocador e a avaliação de novas condições de operação NÃO podem ser analisadas pelas equações dos fluidos. A equação do trocador, apesar de complexa, é a única que indica o seu comportamento real. O Conceito de Efetividade: Evaporadores e Condensadores: Evaporador: 1 e NTU Q C min ( T 1 K. A NTU C min C min T magua cpagua ev ) Condensador: Q C min ( Tcd T 1)

33 O Conceito de Efetividade: A vantagem do cálculo da efetividade está no fato de que a relação K.A é conhecida: K A Q TML Com o Chiller operando em 100% de capacidade e com a vazão de água próxima do projeto é possível realizar análises em campo com resultados muito próximos do real. 21 COP Requisitos Mínimos IESNA/ANSI/ASHRAE Standard 90.1 Cargas Parciais IPLV Tipo de Chiller Faixa de Capacidade (kw) Eficiência Mínima Requerida Variação Variação ASHRAE Ed Condensação a Ar (Scroll ou Parafuso) Condensação a Água (Scroll ou Parafuso) Condensação a Água (Centrífugo) 2010 PATH B 2013 PATH A 2013 PATH B > > 2013 < 528 > 528 < 528 COP COP COP IPLV IPLV IPLV > 528 e COP < 1055 IPLV > 1055 e COP < 2110 IPLV < 528 COP IPLV > 528 e COP < 1055 IPLV > 1055 e COP < 2110 IPLV > 2110 COP IPLV

34 Condições AHRI Standard 550/590 IPLV Integrated Part Load Value IPLV 0.01 A 0.42 B C 0.12 D A COP a 100% de Capacidade B COP a 75% de Capacidade C COP a 50% de Capacidade D COP a 25% de Capacidade Condições AHRI Standard 550/590 IPLV Integrated Part Load Value IPLV 0.01 A B C 0.12 D Interpretação: 1% do tempo de operação a 100% de Capacidade 42% do tempo de operação a 75% de Capacidade 45% do tempo de operação a 50% de Capacidade 12% do tempo de operação a 25% de Capacidade Dados Climáticos - Média ponderada das 29 cidades que totalizaram 80% (em capacidade) das vendas de Chillers nos EUA, no período de 1967 a Maiores detalhes AHRI Standard 550/590 Appendix D 12 32

35 Condições AHRI Standard 550/590 Evaporador Temperatura de Saída de Todas as Água Gelada Condições ºF 44 ºC 6.67 Vazão de Água Gelada gpm/ton 2.4 L/s/kW Fator de Incrustação h.ft².ºf/btu m².ºc/w Condensador Água 100% ºF 85 ºC Temperatura de Entrada 75% ºF 75 ºC de Água de Resfriamento 50% ºF 65 ºC % ºF 65 ºC Vazão de Água de Resfriamento gpm/ton 3 L/s/kW Fator de Incrustação h.ft².ºf/btu m².ºc/w Condensador Ar 100% ºF 95 ºC Temperatura de Entrada 75% ºF 80 ºC de Ar (Bulbo Seco) 50% ºF 65 ºC % ºF 55 ºC Fator de Incrustação h.ft².ºf/btu 0 m².ºc/w 0 Condições AHRI Standard 550/590 IPLV Integrated Part Load Value 1 IPLV A B C D Temperatura de Entrada de Água de Resfriamento Exemplo Condensador Água 100% ºF 85 ºC % ºF 75 ºC % ºF 65 ºC % ºF 65 ºC Interpretação: 1% a 100% de Capacidade com T EAgResf = 29.44ºC 42% a 75% de Capacidade com T EAgResf = 23.89ºC 45% a 50% de Capacidade com T EAgResf = 18.33ºC 12% a 25% de Capacidade com T EAgResf = 18.33ºC 13 33

36 Condições AHRI Standard 550/590 NPLV Non Standard Part Load Value Condições de operação de projeto diferentes do AHRI Temperatura de Saída de Água Gelada Evaporador ºF 36 a 60 ºC 2.22 a DT de Água Gelada ºF 5 a 20 ºC 2.78 a Fator de Incrustação h.ft².ºf/btu 0 a m².ºc/w 0 a Condensador - Água Temperatura de Entrada de Água de Resfriamento ºF 55 a 105 ºC a Vazão de Água de Resfriamento gpm/ton 1.0 a 6.0 L/s/kW a Fator de Incrustação h.ft².ºf/btu 0 a m².ºc/w 0 a Temperatura de Entrada de Ar (Bulbo Seco) Condensador - Ar ºF 55 a 125 ºC a Condições AHRI Standard 550/590 IPLV Integrated Part Load Value 1 IPLV A B C D tons R x horas Temperatura do Ar Exterior (ºF) 14 34

37 Condições AHRI Standard 550/590 IPLV Integrated Part Load Value Grupo 1 24/7 0ºF (-17.8ºC) e acima 24.0% Grupo 2 24/7 55ºF (12.8ºC) e acima 12.2% Grupo 3 12/5 0ºF (-17.8ºC) e acima 32.3% Grupo 4 12/5 55ºF (12.8ºC) e acima 31.5% Grupo 1 Grupo 2 tons R x horas tons R x horas Temperatura do Ar Exterior (ºF) Temperatura do Ar Exterior (ºF) Condições AHRI Standard 550/590 SPLV System Part Load Value ou RPLV Real Part Load Value Dependerá: Localidade do projeto Condições de operação de projeto Horário de funcionamento do sistema (edifício) Quantidade de Chillers em operação Lógicas de controle da temperatura de água de resfriamento Tudo isso é possível obter desde a fase de projeto, com a ferramenta da simulação energética do edifício

38 TIPOS DE SISTEMAS DE ÁGUA GELADA L. Tomaz Cleto 36

39 Projeto Demonstrativo para o Gerenciamento Integrado no Setor de Chillers Tipos de Sistemas de Água Gelada Leonilton Tomaz Cleto Execução Implementação Realização Circuito Único Vazão Constante Válvulas de 3 Vias Válvulas de 3 Vias Fan-Coils Válvulas de Bloqueio Motorizadas Bombas de Água Gelada Chillers 1 37

40 Circuito Único Vazão Constante Válvulas de 3 Vias Sistema mais simples. Controle mínimo. Maior consumo de energia no sistema de água gelada. Válvulas de 3 Vias precisam ser dimensionadas de maneira adequada. Evitar superdimensionamento da carga térmica. Sistema opera com vazão total sempre. É possível variar a vazão de maneira discreta: 1 Chiller 1 BAG / 2 Chillers 2 BAGs, Porém será necessário verificar em campo o desempenho dos Fan Coils. Neste caso será necessário instalar válvulas de bloqueio motorizadas junto aos Chillers ou montar as BAGs dedicadas aos Chillers. Circuito Único Vazão Constante Válvulas de 2 Vias + Válvula Pressostática Válvulas de 2 Vias Fan-Coils Válvulas de Bloqueio Motorizadas Válvula Pressostática Bombas de Água Gelada Chillers 2 38

41 Circuito Único Vazão Constante Válvulas de 2 Vias + Válvula Pressostática Sistema mais simples Controle mínimo Maior consumo de energia no sistema de água gelada Válvula de controle do bypass precisa ser dimensionada de maneira adequada. Evitar superdimensionamento válvula e do diâmetro do tubo do bypass. CAG opera com vazão total sempre. É possível variar a vazão de maneira discreta 1 Chiller 1 BAG / 2 Chillers 2 BAGs, Neste caso será necessário instalar válvulas de bloqueio motorizadas junto aos Chillers ou montar as BAGs dedicadas aos Chillers. Circuito Primário Secundário Válvulas de 2 Vias / By Pass Livre Válvulas de 2 Vias Bombas de Água Gelada Circuito Secundário - BAGSs Vazão Variável By Pass Livre Fan-Coils Chillers Bombas de Água Gelada Circuito Primário - BAGPs Vazão Constante 3 39

42 Circuito Primário Secundário Válvulas de 2 Vias / By Pass Livre Sistema mais completo Ótimo Controle, porém depende do TAB bem feito e da lógica de controle correta. Menor consumo de energia no sistema de água gelada (cerca de 25% a 30% menor) na análise de consumo anual. Bypass é livre e pode ter fluxo nos 2 sentidos. Circuito primário opera com variação discreta de vazão 1 Chiller 1 BAGP / 2 Chillers 2 BAGPs, Melhor trabalhar com BAGPs dedicadas aos Chillers. Circuito Secundário opera com vazão variável continua, em função da carga térmica (controle das Válvulas de 2 Vias). É muito comum ter vazão excessiva no circuito secundário (Síndrome de Baixo T). Circuito Primário Variável Válvulas de 2 Vias + Válvula de Vazão Mínima Válvulas de 2 Vias Fan-Coils Válvulas de Bloqueio Motorizadas Válvula para Controle de Vazão Mínima nos Chillers Bombas de Água Gelada Vazão Variável - BAGs Medidores de Vazão Chillers 4 40

43 Circuito Primário Variável Válvulas de 2 Vias + Válvula de Vazão Mínima Sistema mais completo Ótimo Controle, porém depende do TAB bem feito e da lógica de controle correta. Menor consumo de energia no sistema de água gelada (cerca de 30% a 40% menor) na análise de consumo anual. Todo circuito de água gelada (incluindo Chillers) opera com vazão variável continua, em função da carga térmica (controle das Válvulas de 2 Vias). A função do bypass é de garantir a vazão mínima nos Chillers. Não utlizar Válvula do tipo Borboleta para o controle de vazão mínima no bypass. É essencial a utilização de medidores de vazão nos Chillers. Circuito Primário Variável Válvulas de 2 Vias + Válvula de Vazão Mínima Preferencialmente utilizar sistema com barrilete nos Chillers. Neste caso, é essencial utilizar válvulas motorizadas apropriadas. Diminui uma das principais causas da vazão excessiva (Síndrome de Baixo T). Sistema fica limitado caso haja múltiplos ramais (prédios, ou prumadas). Difícil escolher o ramal para controle de vazão das BAGs. 5 41

44 Circuito Único Variável Bombas Fan Coils Válvulas de 2 Vias / Bomba Auxiliar Válvulas de 2 Vias Bombas de Água Gelada Principais BAGMs Vazão Variável Fan-Coils Bombas de Água Gelada Auxiliares BAGXs Controle de Vazão Mínima Medidores de Vazão Válvulas de Bloqueio Motorizadas Chillers Circuito Único Variável Bombas Fan Coils Válvulas de 2 Vias / Bomba Auxiliar Sistema mais completo Ótimo Controle, porém depende do TAB bem feito e da lógica de controle correta. Menor consumo de energia no sistema de água gelada (cerca de 35% a 45% menor) na análise de consumo anual. Todo circuito de água gelada (incluindo Chillers) opera com vazão variável continua, em função da carga térmica (controle das Válvulas de 2 Vias). A função da bomba auxiliar (BAGX) é de garantir a vazão mínima nos Chillers. É essencial a utilização de medidores de vazão nos Chillers. 6 42

45 Circuito Único Variável Bombas Fan Coils Válvulas de 2 Vias / Bomba Auxiliar Preferencialmente utilizar sistema com barrilete nos Chillers. Neste caso, é essencial utilizar válvulas motorizadas apropriadas. Diminui uma das principais causas da vazão excessiva (Síndrome de Baixo T). Sistema pode ser facilmente aplicado em caso de múltiplos ramais (prédios, ou prumadas). Neste caso, cada ramal terá um conjunto de BAGMs com controle apropriado. Circuito Único Variável Bombas Fan Coils Múltiplos Ramais Principais Ramal 01 Ramal 02 Chillers 7 43

46 Sistemas com Termoacumulação de Gelo Bombas de Água Gelada Circuito Primário - BAGPs Vazão Constante Sol. Água + Etileno Glicol P1 P2 CHILLER CHILLER p/ Fan LOAD Coils M STORAGE BYPASS CHILLER BYPASS M Válvulas de Controle de 3 Vias Bombas de Água Gelada Circuito Secundário - BAGSs Vazão Variável Sol. Água + Etileno Glicol M STORAGE Tanque de Inventário de Sol. de Etileno Glicol L STORAGE STORAGE Tanques de Termoacumulação de Gelo EXPANSION/ INVENTORY TANK TANK DETAIL Sistemas com Termoacumulação de Gelo Bombas de Água Gelada Circuito Primário - BAGPs Vazão Constante Sol. Água + Etileno Glicol P1 P2 V1 M V2 CHILLER CHILLER Bombas de Água Gelada Circuito Secundário - BAGSs Vazão Variável Água Gelada V3 M V4 P3 p/ Fan Coils LOAD Válvulas de Controle de 3 Vias V5 BYPASS V6 M Trocador de Calor Intermediário - PHE Água Gelada/ Sol Glicol STORAGE STORAGE Tanques de Termoacumulação de Gelo TANK DETAIL GRID 8 44

47 Sistemas com Termoacumulação de Gelo Sistema com Ice Balls Cryogel (USA) / Cristopia (FRA) Sistema com Serpentinas Calmac - AIRCO (USA) Sistemas com Termoacumulação de Gelo 9 45

48 Sistemas com Termoacumulação de Gelo Sistemas com Termoacumulação de Gelo 10 46

49 Sistemas com Termoacumulação de Água Gelada Sistemas com Termoacumulação de Água Gelada 11 47

50 Sistemas com Termoacumulação de Água Gelada Sistemas com Termoacumulação de Água Gelada 12 48

51 NOVAS CONCEPÇÕES DE SISTEMAS DE ÁGUA GELADA L. Tomaz Cleto 49

52 Projeto Demonstrativo para o Gerenciamento Integrado no Setor de Chillers Novas Concepções de Sistemas de Água Gelada Leonilton Tomaz Cleto Execução Implementação Realização 1 50

53 2 51

54 3 52

55 4 53

56 5 54

57 Taxa de Fluxo e Diferença de Temperatura Quando a vazão cai 50%, o T duplica Até que o controlador do chiller controller descarregar o chiller, ou Até que, por medida de segurança, o chiller pode até desligar por baixa temperatura. 6 55

58 Mudanças na Taxa de Fluxo Selecione válvulas de bloqueio motorizadas que abram em pelo menos 2 minutos; Selecione chillers que reajam rapidamente a mudanças na taxa de fluxo; Pergunte ao fabricante: Quando ocorre mudanças na taxa de fluxo, o que acontece com Temperatura de água de fornecimento do Chiller? A velocidade do drive de velocidade variável se ele existir? 7 56

59 Controle de Vazão Mínima Vazão mínima do chiller. Análise da entrada em operação do próximo chiller. Variação máxima de carga (vazão) do chiller por minuto. Utilizar válvula de controle de vazão (não utilizar válvula borboleta). Utilizar medidores de vazão do tipo magnético tubular ou pressão diferencial (DP mínimo deve ser analisado). Selecionar chillers preferencialmente com vazão mínima menor que 0.4 da vazão máxima. O projetista deve detalhar rigorosamente a lógica do sistema de automação, prevendo cada condição de operação possível. Controle de Vazão Mínima Limites (consulte o fabricante) Fluxos Absolutos Mínimo e máximo Alterações na Taxa de Fluxo 2% do fluxo projetado por minuto não é bom o suficiente 10% do fluxo projetado por minuto no limite borderline 30% do fluxo projetado por minuto bom para a maioria das aplicações de conforto 50% do fluxo projetado por minuto melhor relação Bypass com válvula de controle sempre necessário no arranjo VPF. 8 57

60 Circuito Único Variável Bombas Fan Coils Chillers Circuito Único Variável Bombas Fan Coils Chillers DP Bombas Principais Vazão Variável DP Min. 9 58

61 Circuito Único Variável Bombas Fan Coils Chillers DP Bombas Principais Vazão Variável DP Vazão Minima 10 59

62 Circuito Único Variável Bombas Fan Coils Chillers Bombas Principais Vazão Variável 11 60

63 Resumo Comparativo PRIMÁRIO + SECUNDÁRIO PRIMÁRIO VARIÁVEL CIRC. ÚNICO+ BOMBA AUX. Bombas Primárias 1 por Chiller + 1 Reserva Nenhuma 1 Operante + 1 Reserva Bombas de Distribuição Selecionadas para perda de pressão dos Fan Coils + Tubulação + Válvulas. Selecionadas para perda de pressão dos Chillers + Fan Coils + Tubulação + Válvulas. Selecionadas para perda de pressão dos Chillers + Fan Coils + Tubulação + Válvulas. Linha de By Pass Sem obstrução. Dimensionada para a vazão do maior Chiller Válvula de Controle. Dimensionada para a vazão mínima do maior Chiller Bomba Auxiliar. Dimensionada para a vazão mínima do maior Chiller Situação Real Síndrome de Baixo T 12 61

64 Caso Real Primário/ Secundário Vazão Pri Vazão Sec Hman BAGSs Potência Total (Bombas) % Horas/Ano Consumo de Energia m³/h m³/h m.w.c kw % MWh Carga Térmica Qtde URs % Carga URs kw --- Total 1777 Caso Real Primário/ Secundário Circuito Primário/ Secundário Vazão de Água Gelada - Sistema Atual Vazão Total URs - Primário Vazão Total - Secundários 2500 Vazão Total - Medições Temperatura (ºC) Vazão de Água Gelada (m³/h) Temperatura - Alimentação Secundários Carga Térmica Atual (kw) 13 62

65 Caso Real Circuito Único Variável Vazão de Água Gelada - Sistema Atual vs Circuito Único Variável 3000 Vazão Total URs - Primário Vazão Total - Secundários Circ Unico Variavel - DT= 4.0ºC 2500 Vazão de Água Gelada (m³/h) Circ Unico Variavel - DT= 6.0ºC Carga Térmica Atual (kw) Caso Real Circuito Único Variável Consumo de Energia - Sistema Atual vs Circuito Único Variável 2000 Consumo de Energia - Sistema Atual Consumo de Energia Anual (MWh) 1800 Consumo de Energia - Circ Unico Variavel - DT= 4.0ºC Consumo de Energia - Circ Unico Variavel - DT= 6.0ºC Horas-Ano 14 63

66 Caso Real Circuito Único Variável DT de Operação no Circuito Único Variável Redução do Consumo de Energia MWh/ano DT= 4.0ºC 580 DT= 6.0ºC 1106 Vazão Variável no Chillers Recomendações e Cuidados Sistemas com 3 Chillers ou mais. Evitar VPF (BAGs Chiller Fan Coils) para múltiplos prédios ou ramais. Neste caso utilizar o circuito único variável (BAGMs Fan Coils Chillers) com um conjunto de BAGMs dedicado a cada ramal (controle dos inversores). Neste caso utlizar BAGX ao invés da válvula de by pass. Em Sistemas com Tanques de Termoacumulação de Água Gelada, manter Circuito Primário-Secundário. Em Sistemas com Chillers em Série realizar análise de carga parcial em cada chiller (100% de carga com 50% da vazão). Não deixe na mão da empresa de automação o desenvolvimento da lógica de controle

67 Projeto Demonstrativo para o Gerenciamento Integrado no Setor de Chillers Chillers em Série Leonilton Tomaz Cleto Manoel Gameiro Trane Execução Implementação Realização Opções de Configuração Paralelo Série Afetado pela decisão por fluxo constante/ Simplifica o controle da planta; T > 8oC; variável; Problemas com o Muito propício para sequenciamento de Sistemas com vazão dois Chillers. variável nos Chillers

68 Sistema com Chillers em Paralelo Vazão Constante e Válvulas de 3 Vias 6.7ºC 12.2ºC Sistema com Chillers em Paralelo Vazão Constante - 40% de carga Desligar um Chiller Temperatura de Saída Geral se eleva! 6.7ºC 11.7ºC Off 11.7ºC 9.4ºC 17 66

69 Sistema com Chillers em Paralelo Vazão Constante - 40% de carga Desligar uma Bomba e um Chiller Diminuição na Vazão Total 6.7 C Off ~10.0 C 6.7 C Aumento na Vazão da BAG Operante Sistema com Chillers em Paralelo Vazão Constante - 40% de carga Alterar o SP do Chiller Operante Diminuição do COP em até 20% ~9.0 C 4.5 C Off 6.7 C ~9.0 C 18 67

70 Desafios para Chillers em Série Serviços/ manutenção Necessário uma linha de Bypass para manobras. Uma linha pode ser utilizada por ambos os Chillers. Chiller Reserva Isso deveria ser padrão! Altura Manométrica da Bomba do Chiller Pode ser compensado pelo aumento do DT e redução da vazão no sistema. Pode ser compensado pela redução de nr de passes no lado da água no trocador de calor ASHRAE GreenGuide recomenda ΔT entre 7ºC e 11ºC Ideal para sistemas com Vazão Variável nos Chillers Vantagens de Chillers em Série Chiller upstream é mais eficiente; Chillers iguais podem entregar maior capacidade; Simplifica sistemas com Vazão Variável nos Chillers composto por dois Chillers. Chiller Reserva!!! 19 68

71 Evaporadores em Paralelo Compressor Parafuso Condensação a Ar Diminuição da Vazão e Alteração do SP: Configuração Te Ts Capacidade kw/ton ( C) ( C) (ton) Chiller BAGs Total 2 Chillers, Paralelo Chillers, Paralelo Reduz capacidade total em 2.3% e melhora a eficiência em 1.4% Sistema de Bombeamento de Volume Constante (Chillers em Série) 10.2ºC 5.5ºC 15.0ºC 20 69

72 Evaporadores em Série Compressor Parafuso Condensação a Ar Te Ts Capacidade ( C) ( C) (ton) Chiller BAGs Total 2 Chillers, Paralelo Chillers, Paralelo Chillers, Série Configuração kw/ton Aumenta a capacidade total em 2.3% e melhora a eficiência em 4.4% Evaporadores em Série Compressor Centrífugo Condensação a Água Te Ts Capacidade ( C) ( C) (kw) Chiller BAGs Total 2 Chillers, Paralelo Chillers, Paralelo Chillers, Série Configuração kw/ton Melhora a eficiência em 5.0% 21 70

73 Efeito do Número de Passes Nr de Passes Vazão (m³/h) Perda de Carga (kpa) Eficiência do Chiller (kw/ton) Evaporadores em Série Compressor Centrífugo Condensação a Água Te Ts Capacidade ( C) ( C) (kw) Chiller BAGs Total 2 Chillers, Paralelo Chillers, Paralelo Chillers, Série Chillers, Série 1 Passe Configuração kw/ton Melhora a eficiência em 7.2% 22 71

74 Chillers em Série Absorção + Centrífugos electric chiller absorption chiller three-way valve Melhor condição de operação para o Chiller de Absorção Aumento de Capacidade e Eficiência Maior estabilidade Operacional Chillers em Série Opções de Configuração Evaporadores em Série Condensadores em Paralelo Evaporadores em Série Condensadores em Série Série Série Contrafluxo 23 72

75 Chillers Paralelo - Paralelo 27.8 C 35.0ºC 35.0 C 27.8ºC 5.5ºC 15ºC 5.5ºC 15ºC 35.0ºC 29.5ºC 29.5ºC 5.5ºC Mesmo Lift 5.5ºC Chillers Série (Evap) / Paralelo (Cond) 35.0ºC 35.0ºC 27.8ºC 27.8ºC 5.5ºC 10ºC 15.0ºC 35.0ºC Lift do 2º Estágio é Maior 25.0ºC 29.5ºC Lift Médio = 27.3ºC 10.0ºC 5.5ºC Redução total de 8.2% 24 73

76 Chillers Série (Evap) / Paralelo (Cond) SAT. LIQUID Chiller Upstream Pressure Heat Rejection Reduced Lift Refrigerant Effect (Capacity) Chiller Downstream SAT. VAPOR Enthalpy Chillers Série Série Contrafluxo 35.0ºC 27.8ºC 31.0ºC 5.5ºC 10.0ºC 15.0ºC 35.0ºC 31.0ºC 25.0ºC ~ Mesmo Lift 25.5ºC Lift Médio = 25.2ºC 10.0ºC 5.5ºC Redução total de 17% 25 74

77 Chillers Série Série Contrafluxo SAT. LIQUID Chiller Upstream Heat Rejection Pressure Reduced Lift Chiller Downstream Reduced Lift Refrigerant Effect (Capacity) SAT. VAPOR Enthalpy Vantagens de Chillers em Série Simplifica o bombeamento e o sequenciamento dos Chillers Sem transições de taxa de fluxo; Torna mais simples a operação e controle de sistemas com vazão variável nos Chillers. O Chiller Upstream opera a temperaturas altas Aumenta a eficiência; Aumenta a capacidade (10% ou mais para absorção). Simples carregamento preferencial de chillers Ajustar o setpoint do chiller upstream Para cima, para descarregar; Para baixo para carregar

78 Chillers em Série e Redundância Múltiplos Chillers no Sistema (> 2) Quantidade Par 15.0ºC 15ºC Evaporadores em Paralelo Evaporadores em Série 10.0ºC 5.5ºC 5.5ºC Chillers em Série e Redundância Múltiplos Chillers no Sistema (> 2) Quantidade Impar 15.0ºC 15ºC Evaporadores em Paralelo Evaporadores em Série NC NO 10.0ºC NC 5.5ºC 5.5ºC O chiller do meio pode operar em modo upstream ou downstream 27 76

79 Vantagens de Chillers em Série Útil em condensador e evaporador; Adaptável em aplicações de substituição da CAG; Simplifica sequenciamento de circuitos com vazão variável nos Chillers; Aumenta eficiência do sistema com o mesmo (ou menor) custo inicial. Chillers em Série - Instalação Shopping Rio Mar - Recife/PE Projeto: Interplan Planejamento Térmico ALTA MÉDIA Back Up BAIXA Back Up 28 77

80 Projeto Demonstrativo para o Gerenciamento Integrado no Setor de Chillers RESFRIAMENTO DEDICADO DE AR EXTERNO (DOAS) Leonilton Tomaz Cleto Cristiano Rayer Brasil Midea Carrier Execução Implementação Realização DOAS Significado - AHRI DOAS ou Dedicated Outdoor Air System é um produto que, através de condensação a Ar, condensação a Água ou dos denominados water sources, desumidifica 100% do ar externo para o ponto de orvalho e inclui reaquecimento que é capaz de aumentar a temperatura de bulbo seco do ar para a condição projetada para o ambiente. Este ar externo condicionado é então insuflado direta ou indiretamente no espaço condicionado. Ele pode pré-condicionar o ar externo através de rodas térmicas, trocadores de calor ou outros aparatos de transferência de massa e/ou calor. Em outras palavras, DOAS é um Sistema Dedicado para Ar Externo

81 DOAS Por que DOAS? Usando DOAS você pode simplificar o sistema, prover economia de energia e assegurar os requisitos de taxa de ventilação a serem atingidos, como especificado no ASHRAE Standard 62.1 ou maiores. Aplicação de Recuperador Total de Energia (ASHRAE 90.1) Usado para desacoplar cargas sensíveis/latentes DOAS Obs.: A condição neutra possui um range de temperatura entre 20ºC 24ºC e umidade relativa ~60%

82 DOAS DOAS não controla a temperatura ou umidade relativa da zona e também não pode manter a temperatura ou umidade. O tratamento do ar externo (renovação) com utilização de rodas entálpicas, por exemplo, retiram em torno de 60%~65% da carga térmica do ar externo, através da troca com o ar de expurgo. DOAS Para prevenir resfriamento ou aquecimento em excesso em uma ou mais zonas, as unidades DOAS, tipicamente, insuflam ar em uma condição neutra, que não afeta negativamente o espaço condicionado. Obs.: A condição neutra possui um range de temperatura entre 20ºC 24ºC e umidade relativa ~60%

83 DOAS - Overview Projetado para 100% de ar externo no pico da carga Sem recirculação de ar da zona condicionada Alta capacidade de resfriamento e desumidificação Alta capacidade de aquecimento DOAS Tipos de Unidades Sistemas Package Resfriamento a Ar ou Água de expansão direta (DX) Aquecimento elétrico, gás ou heat pump Instalações internas e externas Baixa vazão ou pressão estática (<25k m³/h ou 500 Pa) Air Handling Units Resfriamento água gelada ou DX Aquecimento elétrico, gás ou água quente Instalações internas e externas Alta vazão ou pressão estática (>25k m³/h ou 750 Pa) Ambos produtos facilitam a customização de Sistemas

84 DOAS Tipos de Unidades Air Handling Units DOAS Aplicação Controlar a Pressão de uma Edificação Repor o ar exaurido da edificação Manter o insuflamento ou a temperatura de zonas Exemplos de Aplicação Cozinhas, banheiros, laboratórios Sistemas de Ventilação Parte de um sistema dedicado de ar externo Prover ventilação de uma determinada zona Manter a temperature do ar insuflado Exemplos de Aplicação Salas de aula, salas de hotéis, escritórios, etc 33 82

85 DOAS - Overview Edificações necessitam de ventilação Substituir ar de baixa por de alta qualidade Repor o ar removido por exaustão Diluir ou elimina contaminantes Elevar significativamente os níveis de QAI e conforto dos ocupantes DOAS Custo da Qualidade do Ar Interior (QAI) Ar externo possui uma faixa enorme de condições possíveis: EXTREMAMENTE QUENTE EXTREMAMENTE ÚMIDO Até 56ºC Bulbo Seco Até 31ºC Ponto de Orvalho EXTREMAMENTE FRIO Abaixo -60ºC Bulbo Seco Alto Custo para condicionar o ar externo Alto custo de equipamentos (resfriamento/aquecimento/desumidificação) Alto custo de energia (resfriamento/aquecimento/desumidificação) Minimizar custos somente o mínimo ar necessário 34 83

86 DOAS Custo da Qualidade do Ar Interior (QAI) Como eu vou saber que cada zona está recebendo a correta quantidade de ar? Excesso de Ventilação = Desperdício de Energia Pouca de Ventilação = Baixa QAI DOAS Uma unidade DOAS é um tipo de Sistema HVAC dedicado ao condicionamento e insuflamento de ar externo. DOAS provém ventilação acurada para zonas: Escolha do tipo de Sistema Melhora a QAI Melhora o conforto dos ocupantes Pode prover menor custo de energia DOAS (V) + Sistemas Auxiliares (HAC) = Completo Sistema de HVAC 35 84

87 Edificação com DOAS Sistema Dedicado de Ar Externo. Unidade de 100% de ar externo e Sistema de Distribuição Condiciona e Insufla o Ar Unidades de Resfriamento & Aquecimento Auxiliares. Somente Refriamento ou Refriamento/Aquecimento de zonas Mantém as condições das zonas Exemplo de Unidades: VRF, RTU, Splitão, AHU, Vigas Frias DOAS APLICAÇÃO Sistema de resfriamento Auxiliar (AHU) 36 85

88 DOAS APLICAÇÃO VANTAGENS DESVANTAGENS Assegura que somente a quantidade exata de ar externo é direcionado a cada AHU, uma vez que, o ar externo é dutado diretamente ao AHU; Garante que a quantidade correta de ar externo é insuflado na zona; Evita custos extras para instalação de dutos adicionais e difusores. Medição e balanceamento é mais difícil em relação ao ar externo insuflado diretamente na zona através de difusores. Se o sistema DOAS opera durante períodos sem ocupação, os ventiladores precisarão operar também; Necessária a fabricação de um plenum em campo para fazer a mistura do ar externo com o ar de retorno. DOAS APLICAÇÃO VANTAGENS DESVANTAGENS Facilita a medição e balanceamento da vazão de ar, assegurando que a quantidade exata de ar insufle em cada zona; Permite que o sistema DOAS fique ligado durante o período sem ocupação; O AHU não precisa permanecer ligado em períodos sem ocupação; Necessita de instalação adicional de dutos e difusores, as vezes, vários difusores para um correto insuflamento do ar externo; 37 86

89 DOAS ÁGUA GELADA CHILLERS DEDICADOS Dois chillers independentes Dois setpoints diferentes BAGP 12,2ºC Maior eficiência do chiller do loop ACB Possibilidade de downsize do chiller do loop ABC sem redução da capacidade 5,5ºC BAGP Custo inicial maior devido a utilização de múltiplos chillers ACTIVE CHILLED BEAM 16,6ºC 13,3ºC DOAS ÁGUA GELADA CHILLERS/TROCADORES COMUNS Somente um chiller no loop Não permite elevar temperatura de água gelada Não há ganho de eficiência no chiller Não possibilita o downsize do chiller Necessária instalar válvula reguladora no trocador de calor Menor custo inicial com chillers, mas necessário uma boa lógica de controle e adicionar outros periféricos 38 87

90 DOAS ÁGUA GELADA CHILLERS TRADICIONAL/ DOAS DESACOPLADA DOAS desacoplada do loop do chiller Permite trabalhar com elevada temperatura de água gelada Ganho de eficiência no chiller Possibilita o downsize do chiller do loop ABC sem redução da capacidade 16,6ºC 13,3ºC DOAS ÁGUA GELADA INSTALAÇÃO SÉRIE CONTRA-FLUXO ACTIVE CHILLED BEAM 39 88

91 DOAS ÁGUA GELADA INSTALAÇÃO SÉRIE/PARALELO Shopping Rio Mar Local: Recife/PE Projeto: Interplan Planejamento Térmico Projeto Inovador Aproveitamento da luz natural Piso Radiantes Tetos Radiantes Condensação de Água reaproveitada (8) chillers 19XR totalizando 5.500TR Resultado: Redução de 20% a 30% de Energia Elétrica Redução de 25% de água de reposição nas Torres DOAS ÁGUA GELADA INSTALAÇÃO SÉRIE/PARALELO Shopping Rio Mar Entrada Água Gelada Saída Vazão Entrada Água de Condensação Saída Vazão COP Mínimo Capacidade Alta Temperatura Média Temperatura Baixa Temperatura 18,5ºC 14,0ºC 10,0ºC 14,0ºC 10,0ºC 4,0ºC 615m³/h 388m³/h 30,0ºC 30,0ºC 30,0ºC 36,5ºC 36,5ºC 36,5ºC 484,0m³/h 433m³/h 424m³/h 7,6 6,8 5,5 920TR 810TR 770TR 40 89

92 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM SISTEMAS DE ÁGUA GELADA EXISTENTES L. Tomaz Cleto 90

93 Projeto Demonstrativo para o Gerenciamento Integrado no Setor de Chillers Eficiência Energética em Sistemas de Água Gelada Existentes Leonilton Tomaz Cleto Execução Implementação Realização Circuito Primário Secundário Válvulas de 2 Vias / By Pass Livre Válvulas de 2 Vias Bombas de Água Gelada Circuito Secundário - BAGSs Vazão Variável By Pass Livre Fan-Coils Chillers Bombas de Água Gelada Circuito Primário - BAGPs Vazão Constante 1 91

94 Sistema Existente Condições Reais Máximas da CAG Capacidade Total 4571 kw 1300 ton Equipamento Potência COP %W kw/ton kw Chillers BAGPs BAGSs BACs Torres (Ventiladores) Total Consumo de Energia Anual Estimado 3087 MWh Sistema Existente Apenas Substituição dos Chillers Capacidade Total 4571 kw 1300 ton Equipamento Potência COP %W kw/ton kw Chillers BAGPs BAGSs BACs Torres (Ventiladores) Total Consumo de Energia Anual Estimado 2492 MWh Potência (kw) Consumo Energia (MWh) Reduções 254 (19%) 595 (19%) 2 92

95 Sistema Existente Substituição dos Chillers e Otimização da CAG Capacidade Total 4571 kw 1300 ton Equipamento Potência COP %W kw/ton kw Chillers BAGPs BAGSs BACs Torres (Ventiladores) Total Consumo de Energia Anual Estimado 1775 MWh Potência (kw) Consumo Energia (MWh) Reduções +135 (13%) +717 (29%) Sistema Existente Substituição dos Chillers e Otimização da CAG Capacidade Total 4571 kw 1300 ton Condição Inicial Subst. Chillers Subst. Chillers + Otimiz. CAG Potência Potência Redução Redução Potência (Inicial) (Inicial) kw kw % kw % Chillers BAGPs BAGSs BACs Torres (Ventiladores) PotênciaTotal MWh MWh % MWh % Consumo de Energia

96 Sistema Existente Substituição dos Chillers e Otimização da CAG Otimização de CAG 1400 Torres Potência Total (kw) 1200 BACs BAGSs 1000 BAGPs Chillers Inicial Subst. Chillers Subst. Chillers + Otimiz. CAG Desempenho do Chiller Situação Inicial Central de Água Gelada Chiller - UR-01 - Eficiência Energética Eficiência Energética - EER (kw/ton) :00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22/10 - Hora (hh:mm) 4 94

97 Desempenho do Chiller Após Otimização da CAG 1.4 Central de Água Gelada Chiller - UR-01 - Eficiência Energética Eficiência Energética - EER (kw/ton) :00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 04/12 - Hora (hh:mm) Fatores que afetam a eficiência operacional, mesmo em edifícios com um bom projeto: Comissionamento mal executado. Alterações no conceito original do projeto. Construção com baixa qualidade. Componentes baratos e não confiáveis. Controles programados de forma ineficiente ou incorreta. Operação ruim. Usuários ruins (ex: temperatura ambiente = 19ºC). 5 95

98 Problemas Comuns nas Instalações: Partindo da premissa (improvável) de que as instalações estavam em ótimas condições de funcionamento quando entregues aos usuários, os Edifícios não rendem o desempenho esperado porque... Problemas Comuns nas Instalações: Os Edifícios não rendem o desempenho esperado porque... Há Perda de Informações desde o Projeto até a Operação. Operadores Recebem Documentação Insuficiente. Os Edifícios são mais Complexos (BMS, VFDs, VAVs, etc.). Falta de Treinamento à Equipe de Operação. Operadores Gastam Mais Tempo Tentando Minimizar as Reclamações. 6 96

99 Problemas Comuns nas Instalações: Os Edifícios não rendem o desempenho esperado porque... Quem instalou o AVAC não foi o mesmo que forneceu o sistema de controle e o TAB foi contratado junto com a instalação do AVAC. Automação Incompleta quando Comparada com a Concepção do Projeto : Equipamentos Operando Desnecessariamente. Chillers não Integrados à Automação. Sensores e VAVs Não Aferidos Fisicamente. Lógicas Padrões Não Otimizadas Para Aquele Edifício. Problemas Comuns nas Instalações: Os Edifícios não rendem o desempenho esperado porque... Alterações Drásticas de Lay-Out no Ambiente. Alteração da Carga Interna. Alteração da Temperatura de Conforto (24ºC 19ºC). Alteração dos Horários de Operação. Alteração de Várias Condições de Operação dos Equipamentos do Sistema. 7 97

100 Qual é o Desempenho Esperado? Comparação do Desempenho Desempenho Expectativa do Usuário??? Projeto Qual é o Desempenho a ser Alcançado? Comparação do Desempenho Função do Retro-Comissionamento Desempenho Projeto Real / Atual 8 98

101 Retro-Comissionamento É um processo de operação assistida que visa o resgate das Condições de Projeto do sistema e a Otimização da Operação de forma a se obter o melhor desempenho da instalação, não apenas nas condições de carga máxima, mas principalmente nas condições reais, dia a dia. Retro-Comissionamento Projeto Instalação Start-Up Retro-Comissionamento OPERAÇÃO 9 99

102 Experiências Recentes com Sistemas de Água Gelada Existentes (3 a 7 anos em operação) 2 Data Centers 2 Hospitais 3 Edifícios Comerciais 1 Shopping Center Resultados Principais Desempenho energético do sistema de HVAC, em média 25% abaixo dos valores de projeto. Lógicas de controle incompletas. Sistema de automação parcialmente entregue. Set points alterados. Sistema em funcionamento (muitas horas) fora do horário de ocupação. Sensores mal posicionados/ descalibrados/ invertidos. Telas com gráficos de tendência desativadas

103 Resultados Principais Tomadas de ar externo fechadas. Ventiladores de ar externo desligados. Ciclos economizadores inoperantes. Chillers com baixa carga de fluido refrigerante. Inversores de frequência mal controlados. Motores operando com 60 Hz desnecessariamente. Circuito secundário com vazão superior ao circuito primário. Torres de resfriamento com controle inadequado, operando com 29.5ºC, mesmo no inverno em SP. Resultados Principais Erros de Projeto. Erros de Instalação. Empresas de manutenção desconhecem requisitos de operação e eficiência dos equipamentos. Operadores sem treinamento adequado e sem conhecimento técnico para operar o sistema. Operadores desconhecem os Manuais dos Sistemas. Reclamações quanto ao conforto térmico. Difusores de insuflamento bloqueados. Usuários requerem operação manual do ar condicionado

104 Chillers com Múltiplos Circuitos Chillers com Múltiplos Circuitos Set-Point de Água Gelada= 5.5ºC Entrada - Geral Chiller com Múltiplos Circuitos Chiller 01- Temperatura de Água Gelada Saída - Geral Saída - Módulo Saída - Módulo 02 Saída - Módulo Temperatura ( C) :00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 00:00 02:00 04:00 06:00 23/11/ Hora (hh:mm)

105 Chillers com Múltiplos Circuitos Temperatura de Entrada no Chiller Edifício 02 Chiller UR-03A Temperatura da Água Gelada Temperatura de Saída do Chiller Temp. Saída - Circuito Temp. Saída - Circuito Temp. Saída - Circuito Temperatura ( C) :00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 00:00 17/03/ Hora (hh:mm) Circuito Primário Erro Típico BAGP Reserva - Válvulas de Bloqueio Manual Válvulas de 2 Vias Fan-Coils BAGSs By Pass Livre BAGP-01 Chillers Valvulas Manuais Sempre Abertas BAGP Reserva BAGP

106 CAG - Análise Operacional CAG - Análise Operacional

107 Circuito Primário Operação Correta BAGP Reserva - Válvulas de Bloqueio Manual Válvulas de 2 Vias BAGSs Fan-Coils By Pass Livre BAGP-01 Chillers Valvulas Manuais Sempre Fechadas BAGP Reserva BAGP-02 Circuito Primário Operação Correta BAGP Reserva - Válvulas de Bloqueio Manual Válvulas de 2 Vias BAGSs Fan-Coils By Pass Livre BAGP-01 Chillers Valvulas Motorizadas BAGP Reserva BAGP

108 Tanque de Termoacumulação de Água Gelada 05:00 Tanque de Termoacumulação de Água Gelada 10:

109 Tanque de Termoacumulação de Água Gelada 17:30 Tanque de Termoacumulação de Água Gelada Vazão de Água Gelada - Circuito Primário/ Secundário Vazão de Água Gelada (m3/h) Vazão - UR-01 Vazão - Circ Secundário - Total Vazão - Circ Primario - Total 0 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 03/07/ Hora (hh:mm)

110 Tanque de Termoacumulação de Água Gelada Chiller - Tag: UR-01 - Temperatura da Água Gelada Temperatura de Entrada no Chiller Temperatura de Saída do Chiller 14.0 Temperatura ( C) :00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 03/07/ Hora (hh:mm) Tanque de Termoacumulação de Água Gelada Chiller - Tag: UR-01 - Carga Parcial Part Load (%) :00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 03/07/ Hora (hh:mm)

111 Tanque de Termoacumulação de Água Gelada 17:00 Sistemas com Tanque de Termoacumulação de Água Gelada Diferencial de Temperatura de projeto no Tanque de Água Gelada deve ser igual ao do Chiller e dos Fan Coils Muito Cuidado no Dimensionamento das Serpentinas!!! Controle de Vazão do Circuito Secundário (BAGSs) Utilizar temperatura geral de retorno (entrada tanque) como elemento de controle alternativo. Evitar a operação dos Chillers em carga parcial Otimizar operação durante períodos mais amenos, entre carga e descarga do tanque

112 COMPARAÇÕES ENTRE SISTEMAS DE ÁGUA GELADA E OUTROS SISTEMAS L. Tomaz Cleto 110

113 Projeto Demonstrativo para o Gerenciamento Integrado no Setor de Chillers Comparações entre Sistemas de Água Gelada e Outros Sistemas Leonilton Tomaz Cleto Execução Implementação Realização Circuito Primário Secundário Válvulas de 2 Vias / By Pass Livre Válvulas de 2 Vias Bombas de Água Gelada Circuito Secundário - BAGSs Vazão Variável By Pass Livre Fan-Coils Chillers Bombas de Água Gelada Circuito Primário - BAGPs Vazão Constante 1 111

114 Sistema Existente Condições Reais Máximas da CAG Capacidade Total 4571 kw 1300 ton Equipamento Potência COP %W kw/ton kw Chillers BAGPs BAGSs BACs Torres (Ventiladores) Total Consumo de Energia Anual Estimado 3087 MWh Sistema Eficiência Energética em Sistemas de Ar Condicionado Roof-Top/ Self a Ar (10 30 ton) EER Compressor (kw/ton) EER Total (kw/ton) Observações Compressor Scroll Hermético. VRF a Ar (10 40 ton) Compressor Scroll - VFD VRF a Água (10 40 ton) Compressor Scroll - VFD Chiller a Ar ( ton) Compressor Parafuso /Scroll Chiller a Água ( ton) Compressor Parafuso Chiller a Água ( ton) Compressor Centrífugo - VFD Sistema de Termoacumulação de Gelo com Chiller a Água ( ton) Sistema de Termoacumulação de Água com Chiller a Água (250 >10000 ton) Compressor Parafuso Compressor Parafuso ou Compressor Centrífugo - VFD 2 112

115 Sistemas de Ar Condicionado VRF Sistemas de Ar Condicionado Tipo VRF 3 113

116 Sistemas de Ar Condicionado Tipo VRF Sistemas de Ar Condicionado Tipo VRF 4 114

117 Sistemas de Ar Condicionado Tipo VRF Sistemas de Ar Condicionado VRF x Água Gelada Item Descrição 1 Conforto Humano Sistema de Fluxo de Refrigerante Variável Parcial com limitado controle da umidade, e distribuição limitada do ar no ambiente Sistema de Água Gelada Atende plenamente desde que projetado de forma completa 2 Processos de resfriamento, aquecimento, umidificação e desumidificação De difícil aplicação, devendo ser analisado caso a caso Atende plenamente desde que projetado de forma completa 3 Qualidade Interna do Ar Parcial - necessita de um sistema dedicado de ar externo com resfriamento e desumidificação, filtragem e distribuição nos pavimentos Atende plenamente desde que projetado de forma completa. Sistemas dedicados de ar externo são sempre recomendáveis 4 Custo Inicial 10% a 15% mais caro 5 Custo Operacional Melhor para condensação a água com 1.00 kw/ton e pior para condensação a ar com 1.25 kw/ton 0.75 kw/ton a 0.95 kw/ton (Centrífuga + Bombas + Torres + Fan-Coils) 5 115

118 Sistemas de Ar Condicionado VRF x Água Gelada Item Descrição 6 Capacidade de refrigeração Sistema de Fluxo de Refrigerante Variável Bom desempenho para distâncias de até 100 m. Acima de 100 m a redução de capacidade é significativa Sistema de Água Gelada Distância são vencidas no projeto da tubulação e seleção da bomba 7 Aumento da capacidade de refrigeração Não é simples. Poderá ser necessário novas linhas e acréscimo de equipamentos Fácil de ser atingido com a nova seleção da serpentina e da válvula de controle 8 Operação em carga parcial Bom desempenho e controle Bom desempenho e controle 9 Controle dos custos operacionais Excelente controle, permitindo uma redução do custo de operação Controle limitado sobre a CAG. Controle somente do Condicionador da própria sala 10 Compatibilidade com Normas e Recomendações Parcial. O projeto deverá ser feito considerando as restrições Totalmente compatível Sistemas de Ar Condicionado VRF x Água Gelada Item Descrição Sistema de Fluxo de Refrigerante Variável Sistema de Água Gelada 11 Gerenciamento do refrigerante Parcial. O projeto deverá ser feito considerando as restrições Simples de ser feito 12 Carga de Refrigerante 4 a 5 vezes maior Novos sistemas com cargas muito reduzidas 13 Operação pelo usuário 14 Possibilidade de pane Simples através das mais diferentes interfaces desde um termostato com controle a um computador Elevada devido a quantidade excessiva de componentes e partes. Não é simples para o usuário. Poderá ser feito a partir de um termostato com liga/desliga e rotações a até um computador Reduzida - menor quantidade de componentes e partes 15 Tempo de vida Até 15 anos Até 25 anos 16 Estratégia de vendas Mais simples - basta falar de consumo, simplicidade de operação e controle total do sistema Deve-se tomar cuidado para não cansar o cliente com muita informação técnica 6 116

119 Exemplo de um Edifício Comercial Altura total: 161 m Total de Pavimentos: 33 Área de piso do Pavimento: 2100 m 2 Demanda Elétrica: 5.4 MW Carga de Térmica de Resfriamento: 9850 kw (2800 ton) Projetado para água gelada Alterado para VRF Exemplo de Edifício Comercial Unidades Condensadoras Na laje Superior 32 No piso Térreo 30 Em cada metade de Pavimento Unidades internas 14 de 14 kw (4 ton) 1 de 3.2 kw (0,9 ton) Unidade externa 1 de 148 kw (42 ton) 54 hp 7 117

120 Exemplo de Edifício Comercial Linhas de refrigerante Distância vertical 50 m Comprimento médio total de 180 m Condensação a água TBU: 24ºC Água de Resfriamento: 30ºC Condensação a ar TBS: 33ºC Como Obter a Atenção do Cliente Diga somente o que o cliente irá entender! Consumo de energia é menor. O usuário controla o sistema. Relatórios técnicos detalhados não produzem resultado. A mensagem a ser usada deve ser direta e simples

121 Como Obter a Atenção do Cliente Não fale sobre Carga térmica e o seu perfil COP ou Relação kw/ton Consumo de energia relacionada com a carga térmica Fale sobre: Contas de energia elétrica Consumo de energia elétrica por área (W/m² ou kwh/m²) de instalações semelhantes. Como Obter a Atenção do Cliente Carga Térmica é uma hipótese Transmissão, insolação Pessoas e equipamentos Ar externo Contas de Energia São reais e pagas todo mês Além disso: VRF oferece o controle completo do sistema nas suas mãos. É uma tecnologia atual

122 Linha de Líquido Não há problema Máxima perda de capacidade é de 2% O diferencial total de pressão entre a linha de líquido e após a válvula de expansão é igual a soma da perda de pressão mais a perda de pressão na válvula de expansão A entalpia é a mesma É necessário o uso de válvula de expansão eletrônica Pressão MPa Diagrama P&h do refrigerante Perda de pressão na válvula de expansão Perda de pressão total Perda de pressão linha de líquido Condensado r Evaporador Efeito de refrigeração Compresso r Entalpia kj/kg Linha de Sucção É uma limitação Máxima perda de capacidade é de 25% A pressão de sucção é mantida constante A pressão no evaporador é a pressão de sucção mais a perda de pressão A pressão de evaporação será maior Reduzindo a capacidade de remoção do calor latente Não há problema de remoção do calor sensível É recomendado um sistema dedicado de tratamento do ar externo, para controlar o calor latente Pressão MPa Diagrama P&h do Refrigerante Perda de pressão na linha de sucção Perda de pressão na linha de líquido+ válvula de expansão Condensado r Evaporador Efeito de refrigeração Compresso r Enthalpia kj/kg

123 Linha de Sucção Diameter Suction Line - Equivalent length kw pol mm efrigerant Charge kg 1 5/8 42 1,01 2,02 3,04 4,05 5,06 6,07 7,08 8,10 9,11 ooling Capacity Tr Pressure Drop in ºC saturated temperature equivalent 70, /8 42 0,28 0,55 0,83 1,10 1,38 1,66 1,93 2,21 2,48 87, /8 42 0,41 0,82 1,24 1,65 2,06 2,47 2,89 3,30 3,71 105, /8 42 0,57 1,14 1,72 2,29 2,86 3,43 4,01 4,58 5,15 123, /8 42 0,76 1,51 2,27 3,02 3,78 4,53 5,29 6,04 6,80 140, /8 42 0,96 1,92 2,88 3,84 4,80 5,76 6,72 7,68 8,65 A Perda de pressão na linha de sucção em ºC equivalentes; B Células em azul perda de carga máxima de 2ºC, bom desempenho; C Células em amarelo perda de pressão de 2ºC a 3ºC, desempenho aceitável; D Células em rosa perda de pressão de 3ºC a 5ºC, desempenho insuficiente quanto ao calor latente; E Células em vermelho perda de pressão superior a 5ºC, não aprovado, não há remoção do calor latente nas condições de conforto E Diâmetro da linha de sucção 1 5/8 (42 mm); F Para um comprimento máximo equivalente de 180 m a redução de capacidade será de 25% do valor nominal; G Para o sistema atingir um desempenho aceitável o comprimento da linha de sucção máximo será de 100 m; ABNT NBR 16069:2010 Segurança em Sistemas Frigoríficos Detetor de vazamento de refrigerante Onde? Ventilação mecânica Onde? Limite da quantidade de refrigerante Cálculo! Declaração de ensaio e responsável

124 Standard Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality O grau de filtragem mínimo é MERV 6 (G3 ABNT) Unidades internas são normalmente equipadas com MERV 2 MERV 6 ou superior é especial DOAS É obrigatório um sistema dedicado de tratamento do ar externo Qualidade Interna do Ar Rotor do ventilador de um evaporador Highwall após 2 anos de operação

125 Qualidade Interna do Ar Rotor do ventilador de um evaporador Highwall após 2 anos de operação Unidades Internas sem Dutos É um bom equipamento de refrigeração do ar. Não é um equipamento de condicionamento de ar completo. Não importa se é para expansão direta ou água gelada

126 Conclusão A principal diferença está na unidade interna empregada e no risco da tubulação de refrigerante. High wall hidrônico é tão limitado quanto o de expansão direta. Vazamento de refrigerante em acidente ou em reparos Conclusão - Desvantagens Maior custo inicial Filtros de baixa eficiência Distribuição de ar inadequada Reduzido controle da umidade Muitos itens Problemas com PMOC

127 PROJETOS EFICIENTES COM SISTEMAS DE ÁGUA GELADA L. Tomaz Cleto 125

128 Projeto Demonstrativo para o Gerenciamento Integrado no Setor de Chillers Projetos Eficientes com Sistemas de Água Gelada Leonilton Tomaz Cleto Execução Implementação Realização Distribuição de Custo de um Edifício ao longo da sua Vida Útil Fonte: Steve Tom, PhD, PE Ecolibrium 04/

129 Soluções para Economia do Consumo de Energia em Sistemas de Ar Condicionado NO VERÃO Eliminar os Filtros de Ar 5% a 7%. Aumentar a temp. de água gelada (2ºC a 4ºC) 6% a 12%. Desligar o fornecimento de Ar Externo 15% a 25%. Desligar um (ou mais) Chillers 25% a 40%. Desligar Chillers, Bombas e Torres (só Ventilação) 85% a 90%. Desligar todo Sistema de Ar Condicionado 100%. Distribuição de Custo Real de um Edifício ao longo da sua Vida Útil Fonte: Steve Tom, PhD, PE Ecolibrium 04/

130 Soluções para Economia do Consumo de Energia em Sistemas de Ar Condicionado NO VERÃO Eliminar os Filtros de Ar 5% a 7%. Aumentar a temp. de água gelada (2ºC a 4ºC) 6% a 12%. Desligar o fornecimento de Ar Externo 15% a 25%. Desligar um (ou mais) Chillers 25% a 40%. Desligar Chillers, Bombas e Torres (só Ventilação) 85% a 90%. Desligar todo Sistema de Ar Condicionado 100%. QUALQUER MEDIDA DE ECONOMIA QUE DIMINUA O CONFORTO (PRODUTIVIDADE) DOS USUÁRIOS É INVIÁVEL! No Mundo Real... UM EDIFÍCIO PODE NASCER BOM E SE TORNAR RUIM OU PODE JÁ NASCER RUIM

131 Fatores REAIS não considerados nas fases de projeto e construção Sistema com muitas limitações para manutenção. Sistema de operação difícil, com falta de elementos de controle e regulagem no campo. Equipamento ruim/ Projeto ruim. Superdimensionamento de equipamentos e sistemas. Sensores mal instalados/ descalibrados. Zoneamento ruim. Conforto Térmico ASHRAE 55 PBR-CET AC-Std Prop-Sust VRF-Std 4 129

132 Conforto Térmico AC STD (24ºC/50%) PBR-CET (22ºC/50%) Vazão de Ar Fan-Coil: 14% Carga Térmica - Ar Externo: 50% Carga Térmica da Sala: 18% Capacidade da Serpentina: 23% Temperatura de Insuflação: 13.0ºC 10.7ºC COP CHILLER = % Conforto Térmico AC STD (24ºC/50%) Prop-Sust (25ºC/55%) Vazão de Ar Fan-Coil: 16% Carga Térmica - Ar Externo: 15% Carga Térmica da Sala: 7% Capacidade da Serpentina: 9% Temperatura de Insuflação: 13.0ºC 15.0ºC COP CHILLER = % 5 130

133 Conforto Térmico AC STD (24ºC/50%) VRF-STD (24ºC/65%) Vazão de Ar Fan-Coil: 17% Carga Térmica - Ar Externo: 18% Carga Térmica da Sala: 16% Capacidade da Serpentina: 17% Temperatura de Insuflação: 13.0ºC 16.7ºC COP CHILLER = % Conforto Térmico Análise do Índice de Conforto Térmico:

134 Simulação - Caso 01 Projeto de Laje Corporativa SP CAG Condensação à água Pré-resfriamento com roda entálpica. Cargas - 69% Sensível/ 31% Latente (Simulação) Setpoint Ambiente = 23 C +/- 1 C Temp. na saída da serpentina = 11.1 C UR - Zonas Térmicas - Inverno = 45% / Verão = 50% (Simulação) Carga Térmica - Simulação = 2077 ton (33.7 m²/ton) Carga Térmica - Projetista = 3550 ton (19.7 m²/ton) Simulação - Caso 02 Projeto de Laje Corporativa SP VRF Condensação à água Roda entálpica. Cargas - 73% Sensível/ 27% Latente (Simulação) Setpoint Ambiente = 24 C +/- 1 C Temp. na saída da serpentina VRF = 17.3 C Temp. na saída da roda entálpica = 28.0 C UR - Zonas Térmicas - Inverno = 50% / Verão = 67% Carga Térmica Simulação = 1043 ton (39.3 m²/ton) Carga Térmica Projetista = 2000 ton (20.5 m²/ton) Capacidade VRF = 2560 ton (16 m²/ton) 7 132

135 Análise Comparativa Simulação x Default Simulação - 31 m²/ton Default - 20m²/ton Área Climatizada m² Qtde Pav Carga Térmica Total ton Carga Térmica/Pav. ton Capacidade Total - CAG ton Qtde Chillers 3x 400 ton + 1 Reserva 3x 600 ton DOAS Sim Sim DOAS + Chiller Dedicado Sim Não Chillers em Serie Sim Não SP Chillers Normais ºC 13.0 / SP Chiller DOAS ºC Condicionadores de Ar Vigas Frias+Fan-Coils Fan-Coils Referência - Eficiência ASHRAE ASHRAE COP Instalação Eficiência kw/ton Análise Comparativa Simulação x Default Aumento em Bombas de Água Gelada Motores dos Ventiladores Iluminação Deslocamento de Ar Demais Cargas 60 Total = Chillers % 20 Chillers % 0 Sistemas Convencionais DOAS e Vigas Frias Base de Estudo: ASHRAE Journal 8 133

136 Novas Referências (Conforto em Escritórios) Tradicional Novo Setpoint Ambiente ºC 24.0ºC (Clo 1.0) 25.0ºC (Clo 0.61) Umidade Relativa % 50% (Clo 1.0) 55% (Clo 0.61) Temperatura de Insuflação ºC 11ºC a 13ºC 13ºC a 15ºC Temperatura de Água Gelada ºC 12.2ºC 6.7ºC 15ºC 7.0ºC Vazão de Água Gelada L/s/kW (2.4 gpm/ton) Temperatura de Água de Resfriamento ºC 29.5ºC 35.0ºC Max.TBU ASHRAE-Ref + 4.0ºC Temperatura de Bulbo Max.TBU ºC 24.0ºC (São Paulo) ASHRAE-Ref 0.4% Úmido do Ar Externo (São Paulo= 23.2ºC) Vazão de Água de Resfriamento L/s/kW (3.0 gpm/ton) Altura Manométrica BAGPs m.c.a Altura Manométrica BAGMs Cálculo m.c.a. 35 a 40 BAGSs (Real Típico: 21 a 25 m.c.a.) Altura Manométrica Cálculo m.c.a. 25 a 30 BACs (Real Típico: 15 a 19 m.c.a.) Referências Tradicionais Capacidade Total 4571 kw 1300 ton Equipamento Potência (kw) COP %W kw/ton Chillers BAGPs BAGSs BACs Torres (Ventiladores) Fan Coils (Ventiladores) Ar Externo (Ventiladores) Total Consumo de Energia Anual Estimado 2401 MWh 9 134

137 Novas Referências Capacidade Total 4160 kw 1183 ton Equipamento Potência (kw) COP %W kw/ton Chillers BAGPs BAGSs BACs Torres (Ventiladores) Fan Coils (Ventiladores) Ar Externo (Ventiladores) Total Consumo de Energia Anual Estimado 1867 MWh Reduções Potencia 280 kw Consumo 535 MWh 22.5% Novas Referências 1400 Tradicional vs Novas Referências Potência Total (kw) Ar Externo Fan Coils Torres BACs BAGSs BAGPs Chillers Tradicional Novas Referências

138 BENEFÍCIOS ECONÔMICOS DE SISTEMAS DE ÁGUA GELADA EFICIENTES L. TOMAZ CLETO 136

139 Projeto Demonstrativo para o Gerenciamento Integrado no Setor de Chillers Benefícios Econômicos de Sistemas de Água Gelada Eficientes Leonilton Tomaz Cleto Execução Implementação Realização Análise Comparativa Simulação x Default Simulação - 31 m²/ton Default - 20m²/ton Área Climatizada m² Qtde Pav Carga Térmica Total ton Carga Térmica/Pav. ton Capacidade Total - CAG ton Qtde Chillers 3x 400 ton + 1 Reserva 3x 600 ton DOAS Sim Sim DOAS + Chiller Dedicado Sim Não Chillers em Serie Sim Não SP Chillers Normais ºC 13.0 / SP Chiller DOAS ºC Condicionadores de Ar Vigas Frias+Fan-Coils Fan-Coils Referência - Eficiência ASHRAE ASHRAE COP Instalação Eficiência kw/ton

140 Análise Comparativa Simulação x Default Simulação - 31 m²/ton Default - 20m²/ton Carga Térmica Total ton Custo Instalação HVAC R$/ton , ,00 Custo Instalação HVAC R$ , , ,00 (19%) Custo Condicionadores R$ , ,00 Custo Chillers R$ ,00 (1 Reserva) ,00 Custo Bombas + Torres R$ , ,00 Custo Total Equipamentos Principais R$ , , ,00 (22%) Análise Comparativa Simulação x Default Simulação - 31 m²/ton Default - 20m²/ton Carga Térmica Total ton Qtde Chillers 3x 400 ton + 1 Reserva 3x 600 ton COP Instalação kw/kw Eficiência kw/ton Consumo de Energia Anual Estimado MWh Custo Anual - Energia R$/ano , ,00 Economias R$/ano ,

141 Referências Tradicionais vs Novas Referências Tradicionais Capacidade Total 4571 kw 1300 ton COP kw/kw kw/ton Potência 1259 kw Consumo de Energia Anual Estimado 2401 MWh Novas Referências Capacidade Total 4160 kw 1183 ton COP kw/kw kw/ton Potência 979 kw Consumo de Energia Anual Estimado 1867 MWh Reduções Demanda 280 kw Consumo 535 MWh 22.5% Economias R$ ,00/ano Análise Comparativa Tradicional x Novas Referências Carga Térmica Total ton Custo Instalação HVAC R$/ton 8.000, ,00 Custo Instalação HVAC R$ , , ,00 (9%) Custo Condicionadores R$ , ,00 Custo Chillers R$ , ,00 Custo Bombas + Torres R$ , ,00 Custo Total Equipamentos Principais R$ , , ,00 (15%) 3 139

142 Distribuição de Custo de um Edifício ao longo da sua Vida Útil Fonte: Steve Tom, PhD, PE Ecolibrium 04/2009 Distribuição de Custo Real de um Edifício ao longo da sua Vida Útil Fonte: Steve Tom, PhD, PE Ecolibrium 04/

143 Custo por m 2 /Ano Energia Elétrica: US$ Manutenção: US$ Produtividade: US$ % no Aumento da Produtividade : US$ 90,00 Considerações sobre Custos e Produtividade: Qual o Resultado se busca? 1% a 2% de melhoria na produtividade dos usuários (5-9 min/dia) paga: os custos totais mensais de energia e manutenção. em 6 meses os custos totais de um projeto de HVAC bem feito (considerando 2x o custo do projeto Feijão com Arroz ). em 1 ano os custos totais da diferença na execução do sistema de HVAC bem feito. em 3 meses os custos totais da diferença de um sistema de automação completo e otimizado para o HVAC

144 Ar Condicionado não é Eficiência 6 142

145 CONTROLE E MONITORAMENTO PARA AUTOMAÇÃO DE SISTEMA DE ÁGUA GELADA L. TOMAZ CLETO 143

146 Projeto Demonstrativo para o Gerenciamento Integrado no Setor de Chillers Controles e Monitoramento para Automação de Sistemas de Água Gelada Leonilton Tomaz Cleto Execução Implementação Realização Baixo Desempenho dos Sistemas de Ar Condicionado Sistemas de controle e monitoramento mal aplicados, com lógicas incompletas, sem instrumentação de campo apropriada e muitas vezes mal instalada, além de equipes de operação sem qualificação são as principais causas do baixo desempenho de um sistema de ar condicionado de alta eficiência

147 Fluxograma de Engenharia Chillers Fluxograma de Engenharia BAGSs/ BAGMs 2 145

148 Esquema de Controle Fan Coils/ Ambiente Esquema de Controle Caixas de VAV 3 146

149 Esquema de Controle Caixas de VAV Lógica de Operação Chillers SEQUÊNCIA DE OPERAÇÃO DOS CHILLERS MODO DE OPERAÇÃO AUTOMÁTICO No modo de operação automático, todo sistema pode operar sobre controle da automação. A seguir o descritivo das rotinas de operação: REQUISITOS PRELIMINARES PARA A OPERAÇÃO DO SISTEMA: Deverá ser estabelecida uma sequência de partida dos Grupos dos Chillers (URs) que envolve os seguintes componentes: 1 Chiller - UR 1 BAGP (dedicada ao chiller em funcionamento ou BAGP reserva) 1 BAC (qualquer em função da sequência de partida ou BAC reserva) 1 V2V-UR na tubulação de entrada de água de resfriamento do chiller em funcionamento. 1 V2V-TR na tubulação de entrada de água de resfriamento da torre em funcionamento (definida pela sequência de partida dos Grupos das Torres). Deverá ser estabelecida uma sequência de partida dos Grupos das Torres de Resfriamento que envolve os seguintes componentes: 1 Torre de Resfriamento e seus Ventiladores (VTRs). 1 V2V-TR na tubulação de entrada de água de resfriamento da torre em funcionamento

150 Lógica de Operação Chillers SEQUÊNCIA DE OPERAÇÃO DOS CHILLERS MODO DE OPERAÇÃO AUTOMÁTICO REQUISITOS PRELIMINARES PARA A OPERAÇÃO DO SISTEMA: Cada Chiller possui uma BAGP dedicada, exceto quando opera a BAGP reserva (BAGP-02). As BACs não são dedicadas aos Chillers (arranjo em barrilete). Portanto, qualquer BAC pode operar com qualquer chiller e dependem apenas da sequência de partida das BACs previamente definida, para operação conjunta com a atual sequência de partida dos Chillers. A última BAC na sequência de partida atual será definida como BAC reserva e em caso de falha de alguma BAC, a BAC reserva entrará em operação. Cada Chiller possui uma V2V-UR dedicada. Cada Torre de Resfriamento possui uma V2V-TR dedicada. Os VTRs (ventiladores da torre) só entrarão em funcionamento quando houver fluxo de água de resfriamento pela respectiva Torre (V2V-TR aberta). As rotinas da sequência de operação dos ventiladores das torres estão descritas no item 8.4. As V2V-TRs não são dedicadas aos chillers (ex. V2V-TR-CO-BG-03 com UR-03), mas para que um chiller entre em funcionamento é necessário que haja pelo menos uma V2V-TR aberta. Para N chillers em funcionamento é necessário que haja pelo menos N V2V-TRs abertas. A sequência de abertura das V2V-TRs é definida pela sequência dos Grupos de Torres. A sequência de partida dos Grupos dos Chillers e das Torres de Resfriamento será estabelecida pelo operador. Lógica de Operação Chillers SEQUÊNCIA DE OPERAÇÃO DOS CHILLERS MODO DE OPERAÇÃO AUTOMÁTICO INÍCIO DE OPERAÇÃO: A partir de um sinal de liberação de operação da CAG e/ou através de programação horária haverá a solicitação de operação dos seguintes componentes: BAGP dedicada ao 1ºUR da sequência de partida. 1ªBAGS da sequência de partida de cada circuito secundário. OPERAÇÃO DO 1ºUR Com os circuitos secundários e a 1ªBAGP em funcionamento, haverá o aumento de temperatura da água gelada indicada no sensor TE-GE-PR-01 (com Set Point de projeto de 6.0ºC e faixa de zona neutra de +/- 0.5ºC). Será então iniciado o processo de partida do 1ºUR. Caso o resumo de falha do 1ºUR (UAHH-1ºUR) estiver ativo (Chiller em falha), então será alterada a sequência de partida atual e o 2ºUR na sequência atual passará a ser o 1ºUR. Neste caso será solicitada a parada da BAGP dedicada ao 1ºUR e solicitado o funcionamento da BAGP dedicada ao 2ºUR. Para o 1ºUR é necessário que todos os elementos do 1º Grupo (auxiliares à sua operação) estejam em funcionamento ou na posição solicitada para que o 1ºUR possa funcionar. Portanto, após liberada a solicitação de partida do 1ºUR, serão acionados os elementos do 1º Grupo, rigorosamente na seguinte sequência: Partida da BAGP dedicada ao 1ºUR, com confirmação de funcionamento (já em operação). Partida da 1ªBAC, conforme a sequência de partida, com confirmação de funcionamento. Abertura total (100%) da V2V-UR dedicada ao 1ºUR, com confirmação de posição E (simultaneamente) a abertura total (100%) da 1ªV2V-TR, conforme a sequência de partida, com confirmação de posição. Com a confirmação dos indicadores acima, é liberado o sinal de partida do 1ºUR. Caso o 1ºUR esteja pronto para partir com as proteções elétricas do chiller liberadas, este entrará em operação, com confirmação de funcionamento

151 Monitoração de Dados e Gráficos MONITORAÇÃO DE DADOS OPERACIONAIS E GRÁFICOS DE TENDÊNCIAS Deverão estar disponíveis gráficos de tendência (Trends) em função do tempo das seguintes variáveis: TIR-01 Temperatura de Saída de Água Gelada nos Chillers (Circuito Primário). TIR-02 Temperatura de Entrada de Água Gelada nos Chillers (Circuito Primário). TIR-11 Temperatura de Saída de Água Gelada UR-01. TIR-21 Temperatura de Saída de Água Gelada UR-02. TIR-31 Temperatura de Saída de Água Gelada UR-03. TIR-03 Temperatura de Alimentação de Água Gelada para os Circuitos Secundários. TIR-04 Temperatura de Retorno de Água Gelada dos Circuitos Secundários TIR-101 Temperatura de Retorno de Água Gelada do Circ. Secundário do Bloco A. TIR-111 Temperatura de Retorno de Água Gelada do Circ. Secundário do Bloco B. TIR-05 Temperatura de Entrada (Geral) das Torres de Resfriamento. TIR-06 Temperatura de Saída (Geral) Torres de Resfriamento. TIR-81 Temperatura de Saída de Água de Resfriamento TR-01. TIR-82 Temperatura de Saída de Água de Resfriamento TR-02. FI-101 Vazão de Água Gelada Circuito Secundário do Bloco A. FI-111 Vazão de Água Gelada Circuito Secundário do Bloco B. Monitoração de Dados e Gráficos MONITORAÇÃO DE DADOS OPERACIONAIS E GRÁFICOS DE TENDÊNCIAS Deverão estar disponíveis gráficos de tendência (Trends) em função do tempo das seguintes variáveis: CIR-11 Capacidade UR-01. CIR-21 Capacidade UR-02. CIR-31 Capacidade UR-03. MIR-11 COP UR-01. MIR-21 COP UR-02. MIR-31 COP UR-03. JIR-11 Potência Ativa no UR-01. JIR-21 Potência Ativa no UR-02. JIR-31 Potência Ativa no UR-03. JIR-01 Potência Ativa Total das Bombas Primárias. JIR-02 Potência Ativa Total das Bombas Secundárias. JIR-05 Potência Ativa Total das Bombas de Resfriamento. JIR-06 Potência Ativa Total das Torres de Resfriamento

152 Monitoração de Dados e Gráficos MONITORAÇÃO DE DADOS OPERACIONAIS E GRÁFICOS DE TENDÊNCIAS Deverão estar disponíveis gráficos de tendência (Trends) em função do tempo das seguintes variáveis: CIR-100 Capacidade Total do Sistema de Água Gelada (kw ou ton). JIR-10 Potência Instantânea Total Absorvida pelos Chillers (kw). JIR-100 Potência Instantânea Total Absorvida no Sistema de Água Gelada (kw). MIR-100 COP do Sistema de Água Gelada (kw/kw ou kw/ton). TIR-201 Temperatura de Bulbo Seco do Ar Externo (ºC). TIR-202 Temperatura de Bulbo Úmido do Ar Externo (ºC). MIR-201 Umidade Relativa do Ar Externo (%UR). MONITORAÇÃO DE DADOS DOS FAN COILS E PAVIMENTOS Temperatura de Bulbo Seco do Ar Zonas de Resfriamento (ºC) Umidade Relativa do Ar Zonas de Resfriamento (%UR). Temperatura de Bulbo Seco do Ar Insuflação nos Pavimentos (ºC) Posição de Abertura das Válvulas de Controle de Vazão de Água Gelada (%) Vazão de Água Gelada nos Fan Coils (m³/h) Temperaturas de Entrada/ Saída de Água Gelada nos Fan Coils (ºC) Carga Térmica Atual/ Capacidade Atual dos Fan Coils (kw) Potência Absorvida nos Motores dos Ventiladores dos Fan Coils (kw) Medidor de Vazão tipo Hélice (Paddle) Medidor de Vazão - Circuito Secundário Vazão de Água Gelada (m3/h) Medidor - Sistema Medidor - Yawatz Frequência da BAGS (Hz) 7 150

153 O Santo BMS e a Confiabilidade dos Dados Verificados nas Telas. Prédio Vazão BMS Capacidade BMS Vazão YWZ Capacidade YWZ (m³/h) (ton) (m³/h) (ton) Total - SEC Total - PRI O Santo BMS e a Confiabilidade dos Dados Verificados nas Telas. Prédio Vazão BMS Capacidade BMS Vazão YWZ Capacidade YWZ (m³/h) (ton) (m³/h) (ton) Total - SEC Total - PRI

154 Recomendações Básicas Medidores de Vazão Para Vazão de Água Variável utilizar apenas Medidores de Vazão Magnéticos. Instalar medidores de vazão de água gelada em cada Chiller (Capacidade atual e COP atual). Instalar válvulas de 2 vias de controle de vazão de água gelada nos Fan Coils com monitoração de vazão e temperaturas de água gelada (Capacidade atual e COP atual). Instalar medidores de vazão e válvulas de balanceamento em trechos retos (10x OD 5x OD). Pode ser na entrada ou na saída do equipamento (a vazão é a mesma). Recomendações Básicas Controle dos Circuitos Secundários Para controle de vazão de água gelada (circuito secundário ou principal) instalar Sensor de Pressão Diferencial (não utilizar 2 sensores de pressão). Instalar o sensor de pressão diferencial no final do circuito. Instalar pontos paralelos (Tees com conexões) para verificação do P em campo. Para cada circuito (ramal/ prédio) instalar um conjunto de BAGSs (ou BAGMs) e um controlador de pressão diferencial. Instalar um sensor de temperatura no retorno principal de cada circuito secundário (ou principal). Instalar um sensor de temperatura na alimentação geral dos circuitos secundários (após o bypass)

155 Recomendações Básicas Lógicas de Operação - Chillers A sequência de operação dos Chillers deve ser realizada por temperatura de saída de água gelada (alimentação para os circuitos secundários ou principais), associada à análise de porcentagem de carga (% FLA corrente) dos Chillers em operação (ex. %FLA > 95%). A parada de um Chiller deve ser ser realizada por análise de porcentagem de carga (% FLA corrente) dos Chillers em operação (ex. %FLA < 45%). Não se deve utilizar o conceito de BTU-meter. Um Chiller otimizado com baixa temperatura de água de resfriamento pode atingir até 20% a mais da capacidade nominal. Um Chiller com baixo desempenho não irá atingir a capacidade nominal com temperatura de de água de resfriamento de projeto. Recomendações Básicas Lógicas de Controle Chillers/Torres A temperatura de projeto de saída de água gelada dos Chillers é um valor para Setpoint de controle. A temperatura de projeto de entrada de água de resfriamento nos Chillers (saída das torres) NÃO é um valor para Set-point de controle. É a temperatura máxima admissível e serve para dimensionamento das torres e condições extremas de funcionamento dos Chillers. O Setpoint de controle da temperatura de água resfriamento na entrada dos Chillers (saída das torres) deve ser definido com o fabricante dos Chillers, em função do modelo. Chillers Centrífugos permitem temperaturas muito baixas (até 10ºC dependendo do modelo ver no manual). Chillers Parafuso ou Scroll não permitem grandes variações e devem ser cuidadosamente analisados

156 Recomendações Básicas Lógicas de Controle - Otimização Os equipamentos permitem ajustes de Setpoint ao longo do ano que podem melhorar ainda mais o desempenho do Sistema de Água Gelada. A temperatura de água gelada pode ser alterada até ~10.0ºC durante os períodos mais frios/secos do ano. Isso aumenta o COP dos Chillers. Em sistemas primário/secundário é possível variar a vazão de água gelada nos Chillers (com inversores nas BAGPs). Isso não afeta o COP dos Chillers, mas diminui a potência das BAGPs. A temperatura de água de resfriamento mais baixa requer mais tempo de funcionamento dos ventiladores das torres (ou maior frequência quando houver inversores), mas reduz a potência dos Chillers (que é 20 vezes maior que a potência dos ventiladores das torres). Recomendações Básicas Lógicas de Controle - Otimização Diz o sábio: Os Chillers funcionam com melhor desempenho em carga parcial. Portanto vale a pena operar mais Chillers com cargas parciais do que menos Chillers com cargas mais elevadas (ex.: 3x 66% ao invés de 2x 100%) GRANDE BOBAGEM!!! Nos resultados de selecionamento dos Chillers (cálculo do IPLV), o melhor COP ocorre em carga parcial porque em 75% de carga, a temperatura de água de torre utilizada é de 23.9ºC e em 50% de carga a temperatura é de 18.3ºC. Solicite ao fabricante a seleção de 1 Chiller com 100% e água de torre a 23.9ºC e a 18.3ºC e compare. Além disso, com 3 Chillers serão 3 BAGPs e 3 BACs operando contra 2 Chillers + 2 BAGPs e 2 BACs

157 OPERAÇÃO E MANUTENÇÃO DE SISTEMAS DE ÁGUA GELADA L. TOMAZ CLETO 155

158 Projeto Demonstrativo para o Gerenciamento Integrado no Setor de Chillers Operação e Manutenção de Sistemas de Água Gelada Leonilton Tomaz Cleto Maurício de Barros Consultar Engenharia Ltda Execução Implementação Realização Eficiência Energética - Approach 1 156

159 Eficiência Energética - Approach Approach no Condensador 2U TCD- TsAgResf Approach no Evaporador 2L TsAgGel- TEV Eficiência Energética - Approach Quanto Menor o Approach de Projeto no Condensador: Menor a Temperatura de Condensação Menor o Lift do Compressor (Maior Impacto) Menor a Potência Absorvida no Motor Elétrico Maior o COP do Chiller Quanto Menor o Approach de Projeto no Evaporador: Maior a Temperatura de Evaporação Menor o Lift do Compressor (Menor Impacto) Maior a Densidade do Vapor na Sucção do Compressor Maior a Capacidade de Resfriamento do Chiller Maior o COP do Chiller 2 157

160 Análise Operacional - Approach Na análise operacional do desempenho de um Chiller, a verificação do Approach é essencial. O Approach é um item de projeto tão importante quanto a capacidade, a potência absorvida e o COP. Apesar de nem sempre ser fornecido, deve ser item de projeto obrigatório nas propostas dos fornecedores dos Chillers. É de simples verificação e pode indicar os possíveis desvios de desempenho do Chiller. Análise Operacional - Approach Análise Operacional em campo Trocador Approach Resultado Provável Causa Recomendação Evaporador Condensador Alto Normal Diminuição da Capacidade Sujeira no Evaporador, no lado água gelada Limpeza dos tubos do Evaporador Evaporador Normal Aumento do Consumo de Condensador Alto Energia Sujeira no Condensador, no lado água de resfriamento Limpeza dos tubos do Condensador Evaporador Condensador Alto Baixo Diminuição da Capacidade Carga de fluido refrigerante baixa Corrigir a carga de fluido refrigerante Evaporador Baixo Aumento do Consumo de Condensador Alto Energia Carga de fluido refrigerante excessiva Corrigir a carga de fluido refrigerante 3 158

161 Análise Operacional Vazão de Água Gelada Uma vez definido o set point de saída de água gelada de um Chiller, a vazão de água gelada pode ter um impacto mínimo no desempenho de um Chiller e não traz nenhum impacto no approach do evaporador. A redução da vazão de água gelada resulta em menor consumo de energia na bomba de água gelada. Porém o impacto operacional de redução de vazão de água gelada em um sistema existente pode afetar negativamente o desempenho dos Fan Coils, onde o aumento do diferencial de temperatura da água gelada (e não a diminuição da vazão) pode diminuir a eficácia das serpentinas de água gelada. Em sistemas existentes, a diminuição de vazão pode trazer melhorias no desempenho, porém será necessária uma análise prévia para verificação do impacto da diminuição da vazão nos Fan Coils. Análise Operacional Vazão de Água de Resfriamento Em Chillers com condensação a água, o set point a ser controlado é o da temperatura de entrada de água no condensador. Neste caso, a diminuição da vazão de água de resfriamento (em relação ao valor de projeto) trará um impacto negativo no desempenho de um Chiller, pois com a redução da vazão, para uma determinada capacidade, haverá um aumento na temperatura de saída e na temperatura de condensação. Isto resulta em maior lift no compressor e maior consumo de energia. Porém, analisando rigorosamente o conjunto Chiller + Bomba (BAC) + Torre de Resfriamento, a diminuição da vazão pode resultar em uma pequena redução no consumo de energia total destes equipamentos. É importante observar que também no caso do condensador, a diminuição de vazão de água de resfriamento dentro de uma faixa bem ampla (em alguns casos até 50% da vazão de projeto) traz um impacto mínimo na eficácia e no approach do condensador

162 Situação Real Síndrome de Baixo T Principais Causas da Síndrome de Baixo ΔT CAUSAS COMUNS: Setpoint baixo, fora das condições de projeto Válvulas de controle inoperantes Falta de calibração de sensores Falta de intertravamento da válvula com o condicionador de ar Vazamento em válvula de controle fechada (close-off) Filtro de ar sujo Incrustação na serpentina (água ou ar) Falta de balanceamento ou rebalanceamento Serpentinas mal selecionadas Válvulas de controle mal selecionadas Ligação hidráulica invertida do condicionador de ar Substituição de condicionadores de ar e válvulas de controle sem respeitar o ΔT de projeto original Temperatura de alimentação de água gelada elevada (setpoint errado, deficiência no Chiller, mistura de água quente pelo bypass) Cargas de processo sem controle (indústria) 5 160

163 Impactos na Operação da CAG OPERAÇÃO DA CAG COM ΔT DE PROJETO BY-PASS CARGA % 100% ΔT 5,5 C URA-1/2/3 3 x 180 TR CARGA 540 TR QTD CHILLER OP 3 BAGP-1/2/3 300 m3/h BAGS m3/h BY-PASS 0 m3/h TEMP AGUA 7,0 C Impactos na Operação da CAG OPERAÇÃO DA CAG COM ΔT DE PROJETO BY-PASS CARGA % 100% 60% ΔT 5,5 C 5,5 C URA-1/2/3 3 x 180 TR 3 x 180 TR CARGA 540 TR 324 TR QTD CHILLER OP 3 2 BAGP-1/2/3 300 m3/h 200 m3/h BAGS m3/h 180 m3/h BY-PASS 0 m3/h 20 m3/h TEMP AGUA 7,0 C 7,0 C 6 161

164 Impactos na Operação da CAG OPERAÇÃO DA CAG COM BAIXO ΔT BY-PASS CARGA % 60% ΔT 4,0 C URA-1/2/3 180 TR CARGA 324 TR QTD CHILLER OP 2 BAGP-1/2/3 200 m3/h BAGS m3/h BY-PASS -45 m3/h TEMP AGUA 7,7 C Impactos na Operação da CAG OPERAÇÃO DA CAG COM BAIXO ΔT BY-PASS CARGA % 60% 60% ΔT 4,0 C 4,0 C URA-1/2/3 180 TR 180 TR CARGA 324 TR 324 TR QTD CHILLER OP 2 3 BAGP-1/2/3 200 m3/h 300 m3/h BAGS m3/h 245 m3/h BY-PASS -45 m3/h 55 m3/h TEMP AGUA 7,7 C 7,0 C 7 162

165 Impactos na Operação da CAG OPERAÇÃO DA CAG COM BAIXO ΔT: - Maior consumo da BAGS em função da maior vazão de água gelada. - Maior número de Chillers em operação para evitar fluxo invertido no by-pass e a mistura da água mais quente do retorno pelo excesso de vazão da bomba secundária. - Maior consumo de bombas primárias (BAGP), bombas de condensação (BAC) e ventiladores das torres de resfriamento em função do maior número de Chillers em operação. Impactos na Operação da CAG OPERAÇÃO DA CAG COM BAIXO ΔT E PRIMÁRIO VARIÁVEL: CARGA % 60% ΔT 4,0 C URA-1/2/3 3 x180 TR CARGA 324 TR QTD CHILLER OP 2 BAGP-1/2/3 245 m3/h AHU 245 m3/h BY-PASS 0 m3/h TEMP AGUA 7,0 C 8 163

166 Conceitos Serpentinas e Válvulas de Controle SERPENTINA Calor Sensível: q= UA ΔT m ΔT m = (T a1 -T w2 ) - (T a2 -T w1 ) ln [(T a1 -T w2 ) / (T a2 -T w1 )] Conceitos Serpentinas e Válvulas de Controle VÁLVULAS DE CONTROLE 9 164

167 Conceitos Serpentinas e Válvulas de Controle VÁLVULAS DE CONTROLE - AUTORIDADE Conceitos Serpentinas e Válvulas de Controle DESEMPENHO DA SERPENTINA, VAZÃO DE ÁGUA E ΔT

168 Conceitos Serpentinas e Válvulas de Controle SIMULAÇÃO DE DESEMPENHO COM SOFTWARE DE SELEÇÃO: Fabricante Nacional Gabinete tamanho 10 ton Calor total = 35 kw = 10 ton Vazão de ar = m³/h TBS / TBU = 25 C / 18 C Temperatura de entrada da água = 7.0 C Vazão de água = 5.5 m³/h (ΔT=5.5 C) Serpentina selecionada: 6 filas / 11 circuitos / 9 FPI Conceitos Serpentinas e Válvulas de Controle SIMULAÇÃO CARGA PARCIAL: Gabinete tamanho 10 ton Carga térmica = 35 kw = 10 ton Vazão de água = 5.5 m³/h (ΔT=5.5 C) Serpentina: 6 filas / 11 circuitos / 9 FPI Vazão de Ar (100%)= 6800 m³/h Capacidade (kw) Capacidade (ton) Capacidade (%) Vazão de Água (m 3 /h) Vazão (%) Temp. saída da água ( C) Delta T (K) Seleção (máximo) % % Carga térmica % % Carga = 90% % % Carga = 80% % % Carga = 70% % % Carga = 60% % % Carga = 50% % %

169 Conceitos Serpentinas e Válvulas de Controle SIMULAÇÃO FILTRO DE AR SUJO Gabinete tamanho 10 ton Carga térmica = 35 kw = 10 ton Vazão de água = 5.5 m³/h (ΔT=5.5 C) Serpentina: 6 filas / 11 circuitos / 9 FPI Redução de vazão de ar 70% = 4760 m 3 /h Capacidade (kw) Capacidade (ton) Capacidade (%) Vazão de Água (m 3 /h) Vazão (%) Temp. saída da água ( C) Delta T (K) Vazão água proj % % Vazão água 110% % % Vazão água 120% % % Vazão água 130% % % Vazão água 140% % % Vazão água 150% % % Vazão água 160% % % Mitigação do Baixo ΔT em Sistemas de Água Gelada CAUSA: - Válvulas de controle inoperantes PROBLEMA: Falta de controle ou controle manual leva a condições de temperatura de saída da água aleatórias AÇÕES: - Substituição ou manutenção corretiva das válvulas de controle

170 Mitigação do Baixo ΔT em Sistemas de Água Gelada CAUSA: - Falta de balanceamento - Perda de balanceamento PROBLEMA: Serpentinas podem operar com excesso de vazão AÇÕES: - Execução de balanceamento em instalações novas e em instalações existentes sempre que houver alterações relevantes no circuito hidráulico Mitigação do Baixo ΔT em Sistemas de Água Gelada CAUSA: - Setpoint fora das condições de projeto - Problemas de calibração de sensores de temperatura PROBLEMA: Válvula de controle opera 100% aberta para alcançar uma capacidade térmica acima da condição máxima de projeto, operando com excesso de vazão sem alcançar o resultado desejado. AÇÕES: - Manter setpoint dentro das faixas de projeto (automação) - Identificar e corrigir problemas de calibração de sensores de temperatura

171 Mitigação do Baixo ΔT em Sistemas de Água Gelada CAUSA: - Falta de intertravamento entre a válvula de controle e o condicionador de ar PROBLEMA: Válvula de controle permanece aberta permitindo o fluxo de água quando o condicionador de ar está desligado. AÇÕES: - Programar lógica de comando para fechamento da válvula quando o status do condicionador for off (automação), ou; - Utilizar atuadores normalmente fechados (NF) com retorno por mola, ou; - Utilizar comando elétrico para fechamento da válvula quando o ventilador do condicionador for desligado Mitigação do Baixo ΔT em Sistemas de Água Gelada CAUSA: - Ligação hidráulica invertida no condicionador de ar PROBLEMA: O trocador de calor opera em configuração de corrente-paralela e não em contra-corrente, resultando em temperaturas de saída da água gelada mais baixas e deficiência de capacidade. AÇÕES: - Inverter a ligação hidráulica do condicionador de ar

172 Mitigação do Baixo ΔT em Sistemas de Água Gelada CAUSA: - Filtro de ar sujo - Incrustação da serpentina PROBLEMA: A redução da vazão de ar pela obstrução do filtro ou da serpentina reduz a capacidade térmica do condicionador fazendo com que a válvula de controle se abra para tentar compensar esta deficiência. AÇÕES: - Rotinas de manutenção adequadas para limpeza das serpentinas e substituição dos filtros - Substituição de serpentinas velhas com muita incrustação e aletas danificadas - Ventiladores acionados por variadores de frequência para compensar a variação de perda de carga nos filtros de ar no caso de aplicação de filtros de maior eficiência Mitigação do Baixo ΔT em Sistemas de Água Gelada CAUSA: - Serpentina mal selecionada. Causas comuns: - Falta de conhecimento técnico dos responsáveis pela compra ou venda (compra de fan coil por ton, ou seja, por tamanho de gabinete). - falta de software de seleção. - baixa velocidade da água em função da escolha errada do número de circuitos. - falta de informação do ΔT do sistema de água gelada. PROBLEMA: Deficiência de capacidade da serpentina leva a abertura da válvula de controle e operação com excesso de vazão. A seleção de serpentinas com baixa velocidade da água nos tubos pode levar ao escoamento em regime laminar, reduzindo significativamente a troca de calor e o ΔT. AÇÕES: - Verificação da seleção de cada serpentina pelo projetista ou profissional com conhecimento do assunto. - Procurar selecionar um número de circuitos que garanta velocidades mais altas em carga plena (maior perda de carga)

173 Mitigação do Baixo ΔT em Sistemas de Água Gelada CAUSA: - Válvulas de controle mal selecionadas, sem autoridade. PROBLEMA: Deficiência de controle leva a operação com excesso de vazão e baixo ΔT. AÇÕES: - Selecionar válvulas com autoridade elevada - Levar em consideração o diferencial de pressão de todo o circuito hidráulico e em diferentes condições de operação para dimensionamento da válvula. Mitigação do Baixo ΔT em Sistemas de Água Gelada NOVAS TECNOLOGIAS EM BALANCEAMENTO E CONTROLE: Válvulas de controle independente de pressão: Mantém o fluxo independente das variações de pressão no circuito hidráulico em função da atuação do regulador de pressão diferencial, evitando problemas de baixa autoridade da válvula de controle. ASHRAE Journal: Building Performance with District Cooling Moe, Eric M. July

174 Mitigação do Baixo ΔT em Sistemas de Água Gelada NOVAS TECNOLOGIAS EM BALANCEAMENTO E CONTROLE: Válvulas de controle eletrônicas independente de pressão com função de gerenciamento do ΔT Medição de vazão associada a programação do controlador garante a função de controle independente de pressão. Medição de temperatura na entrada e saída de água gelada permite medir o Delta T e a troca de calor, impedindo o acréscimo de vazão de água quando a serpentina está saturada (gerenciamento do ΔT). Mitigação do Baixo ΔT em Sistemas de Água Gelada NOVAS TECNOLOGIAS EM BALANCEAMENTO E CONTROLE: Válvulas de controle eletrônicas independente de pressão com função de gerenciamento do ΔT Exemplo de simulação de filtro de ar sujo e baixo ΔT apresentado anteriormente

175 Aspectos importantes para um bom desempenho da manutenção preventiva O sistema de AC não foi concebido apenas para funcionar, ou para gelar o ar. O sistema de AC foi concebido para garantir o conforto, com alta eficiência energética e operação confiável. Equipe Técnica x Bombeiros (operação apaga incêndio ) Chaves: Equipe técnica capacitada (coisa rara). Engenheiro com formação em Ar Condicionado. Consultoria para análise do BMS e operação eficiente. Operação Eficiente do Sistema de Água Gelada Oportunidades de aproveitamento de água gelada. Quanto mais eficiente o conceito do projeto inicial, maior a quantidade de desvios verificados. Maiores oportunidades de melhorias. Chaves: Retro-comissionamento. Treinamento específico da equipe técnica. Consultoria para análise do BMS e operação eficiente

176 Garantia das condições de conforto e a percepção pelos usuários. Conforto do usuário é tudo! É a razão de ser do sistema de AC. Os projetos nem sempre levam o conforto a sério, ou Temperatura de 23.0ºC no ambiente não é tudo. Responsabilidades do Condomínio x Área Privativa Chaves: Retro-comissionamento. Alterações de Projeto/ Instalação. Consultoria para análise do BMS e operação eficiente. Atendimento a Demandas Específicas Chillers com capacidade distintas (pelo menos um Chiller de menor capacidade). Equipamentos dedicados. Equipamentos reservas. Data-Centers em instalações de conforto? Cuidado! Chaves: Flexibilidade desde o projeto. Muitos edifícios são instalações industriais e devem ser tratados como tal. You can t always get what you want! (como já dizia Mick Jagger)

177 PROCESSOS DE COMISSIONAMENTO MAURÍCIO SALOMÃO RODRIGUES 175

178 Projeto Demonstrativo para o Gerenciamento Integrado no Setor de Chillers Processo de Comissionamento Maurício Salomão Rodrigues Execução Implementação Realização Alinhando Conceitos PROJETO: Processo único, consistindo de um grupo de atividades coordenadas e controladas com datas para início e término, empreendido para alcance de um objetivo conforme requisitos específicos, incluindo limitações de tempo, custo e recursos. NBR Um empreendimento temporário, com objetivo de criar um produto, serviço ou resultado único. PMI / PMBOK,

179 Fases do Projeto Pré desenho e especificações Desenho e especificações Construção Ocupação e Manutenção Estrutura do Projeto no LEED Requisitos de Projeto do Proprietário - OPR Comissionamento - Desde o Pré-Projeto (Concepção) Bases de Projeto - BoD Simulação Ferramenta para o BoD Manuais dos Sistemas Documentação para Pós Ocupação 2 177

180 O Proprietário sabe o que quer? Os clientes normalmente sabem exatamente o que NÃO precisam, depois de ver o produto; Mesmo quando dizem que sabem o que precisam, a informação deve ser vista, revista, e revista, e revista... À medida que o produto se desenvolve (fica mais tangível), os clientes veem novas possibilidades e tentam mudar o projeto; Seu projeto fracassará se o produto não for corretamente utilizado ou não atender as especificações de seu cliente. Requisitos de Projeto do Proprietário (OPR) OPR É TUDO! É a Carta Magna de todo processo, desde a concepção até a operação. É o desejo supremo do cliente expresso com o conhecimento profundo e a experiência dos seus consultores

181 Requisitos de Projeto do Proprietário (OPR) OPR É TUDO! Deve ser desenvolvido pelos consultores do projeto em conjunto com o representante do proprietário. Consultores envolvidos no OPR: Autoridade de Comissionamento (EA C-03) Arquitetura (+ Iluminação) Engenharia de Facilities do Proprietário Engenharia de Operação e Manutenção Consultoria de Ar Condicionado Consultoria LEED Requisitos de Projeto do Proprietário (OPR) OPR É TUDO! Deve ser gerado na concepção do projeto. Não poderia ser desenvolvido após o projeto. Pode e deve ser revisado e adequado ao longo de todo processo: Custos e Viabilidades Econômicas Viabilidades Técnicas Novas Tecnologias Deve ser claro e específico quando necessário, mas não engessado. O detalhamento deve vir no BoD

182 OPR CONTEÚDO Deve quantificar os requisitos; Deve incluir parâmetros e critérios de comparação com outros projetos semelhantes (benchmarks); Deve estar pronto na fase de Pré desenho e especificações; Este documento é a base para as verificações de Comissionamento. OPR CONTEÚDO Cronograma e orçamento do projeto; Escopo do processo de comissionamento ; Requisitos da documentação de projeto; Diretrizes do proprietário; Restrições ou limitações ligadas ao local da instalação; Requisitos do usuário; Requisitos ocupacionais; Requisitos de treinamento da equipe do proprietário; Requisitos de qualidade dos materiais de construção em função do LCC pré definido; 5 180

183 Bases de Projeto (BoD) BoD é o Fiel Escudeiro do OPR Deve ser desenvolvido no início do projeto. Deve ser revisado ao longo de todo processo para se adequar ao OPR. Deve ser bem detalhado para todos demais participantes do processo. Desenvolvido pela Equipe de Projetistas: Iluminação Ar Condicionado e Ventilação Elétrica; Hidráulica; Civil Comissionamento e BoD Descrição de cada opção de sistema de HVAC considerada na fase de pré-projeto. A definição final do sistema de HVAC escolhido, indicando as razões pela preferência. Premissas de cálculos Procedimentos analíticos e ferramentas de cálculos utilizados para a definição da concepção dos sistemas. Condições ambientais Limitações do projeto Premissas operacionais 6 181

184 Comissionamento e BoD Cálculos que demonstrem a evolução do projeto desde as premissas até a definição dos sistemas. Descritivo dos sistemas identificando de que forma o projeto irá cumprir o OPR. Descrição detalhada do sistema de automação e das lógicas de controle dos sistemas. Normas e legislação específicas que influenciam o desenvolvimento do projeto. Diretrizes e normas do proprietário que influenciam o desenvolvimento do projeto. Comissionamento e BoD Demonstração do atendimento aos requisitos do OPR, incluindo a apresentação de uma matriz que identifique de que maneira os itens do OPR serão atendidos pelo projeto e como eles estão identificados nos documentos de construção

185 Conceito - Comissionamento MÉTODO do grego methodos, caminho para chegar a um fim METODOLOGIA do grego methodos + logos, o estudo ou conhecimento do caminho COMISSIONAMENTO tradução livre do inglês commissioning, do latim committere (confiar), através de commissus e commission, (cargo ou missão de confiança); por extensão, ato de atribuir tal cargo ou missão ; na terminologia naval, ato de entregar um navio ao serviço ativo Conceito - Comissionamento O termo Comissionamento vem da construção naval. Um navio comissionado é um navio considerado pronto para o serviço. Antes de ser agraciado com este título, no entanto, um navio deve passar vários marcos

186 Conceito - Comissionamento O equipamento é instalado e testado, os problemas são identificados e corrigidos, e a tripulação potencial é amplamente treinada. Um navio comissionado é aquele cujos materiais, sistemas e equipe tenham passado, com êxito, por um profundo processo de garantia de qualidade. Comissionamento METODOLOGIA DE COMISSIONAMENTO O conhecimento do caminho para entregar uma instalação ao serviço ativo

187 Comissionamento É prepará-lo para a sua missão, assegurando que todos os seus equipamentos estão operacionais e que todo o necessário para a viagem está disponível a bordo antes da partida. 19 Comissionamento O Comissionamento implementa um processo, focado na qualidade, para verificar e documentar que o desempenho de instalações, sistemas e conjuntos satisfazem os objetivos e critérios definidos nos Requisitos de Projeto do Proprietário (Intenção do Projeto ou Especificação de Requisitos do Usuário) ASHRAE HANDBOOK

188 Comissionamento Comissionamento é uma abordagem de Engenharia bem planejada, documentada e gerenciada para partida e transferência de sistemas e equipamentos para o usuário final (operação), que resulta em um ambiente funcional seguro, que atende aos requisitos estabelecidos no projeto (design) e as expectativas dos envolvidos (stakeholders) ISPE Commissioning and Qualification volume 5 Comissionamento Comissionamento é o processo de assegurar que os sistemas e componentes de uma edificação ou unidade insustrial sejam projetados, instalados, testados, operados e mantidos de acordo com as necessidades e requisitos operacionais do proprietário. O comissionamento pode ser aplicado tanto a novos empreendimentos quanto a unidades e sistemas existentes em processo de expamsão, modernização ou ajuste. Wikipedia, a enciclopédia livre

189 O Processo de Comissionamento ASHRAE Guideline Apresentar os conceitos descritos no ASHRAE Guideline THE COMMISSIONING PROCESS

190 HISTÓRICO: Em 1982 a ASHRAE montou um comitê que tinha por objetivo documentar as boas práticas que conduziam a entrega de projetos de acordo com os requisitos do Proprietário; Em 1989 foi publicado o Commissioning Guideline que foi revisado em 1996; HISTÓRICO: Esta versão, de 2005, é o resultado da experiência em projetos que atenderam aos requisitos do proprietário, dos ocupantes, usuários de processos e de operação com um alto nível de satisfação, o que resultou em uma redução de custo para a entrega do projeto

191 Estrutura do Conhecimento de Comissionamento Ashrae Guideline O Processo de Comissionamento Ashrae Guideline Requerimentos técnicos para o Processo de Comissionamento em sistemas de HVAC NIBS Guideline Requerimentos técnicos para o Processo de Comissionamento de paredes, pisos, forros, etc. Guidelines 2-200X até X Guidelines para Estrutura, elétrica, Iluminação, interiores, tubulação, etc. Estrutura do Conhecimento de Comissionamento Guidelines de Comissionamento em preparação: Guideline Y Iluminação (IESNA); Guideline 1.2 HVAC existentes (ASHRAE); Guideline 1.3 Treinamento de operação (ASHRAE) ; Esta apresentação foca o ASHRAE Guideline

192 ATIVIDADES DE COMISSIONAMENTO Pré desenho e especificações Desenho e especificações Construção Ocupação e Manutenção FASE DE PRÉ DESENHO E ESPECIFICAÇÕES É a fase em que o OPR é desenvolvido e definido; O escopo e o Budget de comissionamento são identificados; Desenvolve-se o Plano de Comissionamento inicial; Aprovação das atividades do processo de Comissionamento; Revisa e verifica a lista de Lições aprendidas de outros projetos

193 FASE DE DESENHO E ESPECIFICAÇÕES Nesta fase os requisitos definidos no OPR são traduzidos em documentos e especificações para construção do Projeto. As atividades de comissionamento devem incluir: Verificação do documento BoD (Bases of Design); Atualizar o Plano de Comissionamento; Desenvolver os requerimentos de Comissionamento que serão inseridos nas especificações para construção; Avaliar o projeto quanto a sua funcionalidade, sequencia de operação e manutenabilidade (Comissionamento de projeto) FASE DE DESENHO E ESPECIFICAÇÕES Desenvolver a lista de verificação da construção e montagem; Definir o escopo e o formato do Manual da instalação; Definir os requerimentos de treinamento; Aceitação das atividades de comissionamento desta fase

194 FASE DE CONSTRUÇÃO No final desta fase os sistemas e seus componentes deverão estar serão instalados, inspecionados e testados sendo que os resultados devem estar de acordo com o OPR. As atividades de comissionamento são: Atualização do OPR; Atualização do Plano de Comissionamento; FASE DE CONSTRUÇÃO Verificar se os documentos executivos atendem ao OPR; Desenvolvimento de Planos de teste; Verificação dos sistemas e montagens estão de acordo com o OPR; Entrega do Manual do Sistema; Verificação do treinamento da equipe de operação e manutenção; Aceitação das atividades de comissionamento desta fase

195 FASE DE OCUPAÇÃO E OPERAÇÃO Durante esta fase ocorre a entrega final do Projeto. O Comissionamento desta fase deve continuar até, pelo menos, o termino do período de garantia contratual. Entre as atividades de comissionamento temos: Utilizar o conhecimento da autoridade de comissionamento para minimizar os chamados de fornecedores (redução de custo); FASE DE OCUPAÇÃO E OPERAÇÃO Auxiliar na elaboração de um guia prático para operação e manutenção dos sistemas e componentes instalados; Completar os testes sazonais; Documentar as lições aprendidas deste Projeto; Aceitação das atividades de comissionamento desta fase

196 PROCESSOS DE RETROCOMISSIONAMENTO RELATO DE CASO MAURÍCIO SALOMÃO RODRIGUES 194

197 Projeto Demonstrativo para o Gerenciamento Integrado no Setor de Chillers Processo de Retrocomissionamento Relato de Caso do Projeto Demonstrativo Maurício Salomão Rodrigues Execução Implementação Realização Processo de Retrocomissionamento ATIVIDADES REALIZADAS Análise do Projeto Executivo Definição dos Requisitos Atuais do Sistema de Ar Condicionado Verificação da Instalação Verificação de Operação Verificação de Desempenho Análise dos Resultados da Investigação Programa de Melhorias e Plano de Ação de Correções 1 195

198 Chillers Chiller com HCFC

199 Bombas de Água Gelada Bombas de Água de Resfriamento 3 197

200 Painéis Elétricos Torre de Resfriamento 4 198

201 Torre de Resfriamento Análise do Projeto Executivo Sistema de Água Gelada VERIFICAÇÃO DA FUNCIONALIDADE DO SISTEMA NOVO PROJETO DA CAG Aumento da Capacidade Máxima da CAG; Chiller Reserva; Válvulas de Balanceamento nos Chillers; Inversores de Frequência nas Torres e Controle da Temperatura de Água de Resfriamento; Inversor de Frequência nas BACs Circuito Único de Água Gelada com Vazão Variável Monitoração da Capacidade Atual e Eficiência Energética dos Chillers e da CAG

202 Análise do Projeto Executivo Sistema de Água Gelada CAPACIDADE MÁXIMA E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA Capacidade Máx. do Sistema Capacidade Máx. dos Chillers Sistema em Sistema Atual kw ton kw ton Potência Absorvida - Chillers kw Potência Absorvida - TOTAL kw COP - TOTAL kw/kw Análise do Projeto Executivo Sistema de Água Gelada DOCUMENTOS DE PROJETO DESATUALIZADOS Desenhos As Built da CAG Desenhos As Built da Área das Torres de Resfriamento Manual do Sistema e dos Equipamentos do Projeto de Alteração (incluindo UR-03, BAC-03/ 03R, TR-03, Válvulas de Bloqueio e Sistema de Automação). PMOC Revisão para atender requisitos de Otimização Energética

203 Análise do Projeto Executivo Sistema de Distribuição de Ar DOCUMENTOS DE PROJETO DESATUALIZADOS Desenhos As Built dos pavimentos Não foi identificado o sistema de extração de fumaça dos pavimentos nos projetos fornecidos. Este item está descrito no memorial descritivo da instalação. As salas de reunião podem apresentar desconforto ao usuário, visto que a ocupação não é constante e não há dispositivos VAV para cada uma destas salas; Análise do Projeto Executivo Sistema de Distribuição de Ar DIMENSIONAMENTO DO AR EXTERNO Pavimento Nº de pessoas Vazão Atual de Ar Externo Projeto (m³/h) Vazão Mínima de Ar Externo NBR16401 (m³/h) Desvio (%) 2º º º º

204 Análise do Projeto Executivo Sistema de Distribuição de Ar PRESSURIZAÇÃO DO EDIFÍCIO VAZÃO DE AR EXTERNO VAZÃO DE EXAUSTÃO TAG Vazão (m³/h) VC CV Total VA VA VA VC VC Total Análise do Projeto Executivo Sistema de Distribuição de Ar Resumo: Atualização dos documentos de projeto; Verificação para atendimento da vazão de ar externo dos pavimentos; Melhor desempenho dos condicionadores de ar em função da substituição do etileno glicol por água gelada; Adequação do sistema existente para o Lay Out atual

205 Verificação da Instalação Sistema de Água Gelada CENTRAL DE ÁGUA GELADA Equipamento Desvio Atividade BAGM-01 Vibração excessiva Manutenção Mecânica UR-01A Atuador - Válvula Motorizada Manutenção Elétrica UR-01B Atuador - Válvula Motorizada Manutenção Elétrica TR-01 Atuador - Válvula Motorizada Manutenção Elétrica TR-02 Atuador - Válvula Motorizada Manutenção Elétrica Filtros - Geral Sujeira no circuito de água gelada Manutenção Mecânica Medidor de Vazão FE-01 Leitura errada no sistema supervisório Manutenção de Automação Purgadores de Ar Não instalados Instalação Mecânica Verificação da Instalação Sistema de Água Gelada CONDICIONADORES DE AR Desvio Equipamentos Atividade Sujeira nos filtros de água gelada Geral Manutenção Mecânica Isolamento Térmico da Tubulação Geral Instalação Mecânica Válvula de 2 Vias Sem Atuador/ Atuador Desconectado Válvula de 2 Vias Atuador não modula/ Modula muito rápido Válvula de 2 Vias Não veda totalmente quando fechada Válvula de 2 Vias Não Instalada Válvula de 2 Vias Vazamento de Água FCH-01A FCH-01B FCH-03D FCH-03F FCH-10A FCV-02 FCH-11 FCH-08A FCH-08B FCH-03I FCH-03J FCH-06 FCH-14 FCV-03 FCH-03B FCH-09 Manutenção Mecânica Instalação Mecânica/ Elétrica/ Automação Manutenção Mecânica Instalação Mecânica/ Elétrica/ Automação Manutenção Mecânica 9 203

206 Verificação da Instalação Sistema de Água Gelada CONDICIONADORES DE AR Desvio Equipamentos Atividade Inversor de Frequência Acionamento Direto Inversor de Frequência Não Modula Inversor de Frequência Faltante Inversor de Frequência Apresenta Falha/ Ruído Excessivo FCV-02 FCV-04 FCV-08 FCH-14 FCV-03 FCH-03J FCH-16 FCH-02 FCH-03F FCH-06 FCH-03A FCH-03G FCH-07 Manutenção Elétrica/ Automação Manutenção Automação Instalação Elétrica/ Automação Manutenção Elétrica/ Automação Bandeja de condensado entupida FCV-07 Manutenção Mecânica Fan Coil desativado FCH-03K Manutenção Mecânica Purgadores de Ar Manuais

207 Verificação da Instalação Sistema de Distribuição de Ar Difusores desacoplados: Verificação da Instalação Sistema de Distribuição de Ar Difusores com fitas adesivas:

208 Verificação da Instalação Sistema de Distribuição de Ar A B C D E 5 F G H J K Verificação da Instalação Sistema de Distribuição de Ar Desbalanceamento da distribuição de ar; Desbalanceamento da vazão de ar dos condicionadores: 35% da vazão total do pavimento atende as regiões centrais, atendidas por VACs; 65% da vazão total do pavimento atende as regiões periféricas, atendidas por VAVs;

209 Verificação da Instalação Sistema de Distribuição de Ar As VACs operam como Dampers 0 ou 100% (on off); Este conceito prejudica o controle de temperatura do pavimento. Verificação de Operação Sistema de Água Gelada TESTES OPERACIONAIS BOMBAS 60 Edifício 01 - São Paulo- SP BAGM-01A - Curva Característica 55 Altura Manométrica (mca) Medições em Campo Q_máx Dado de Placa Q_proj 15 Curva de Projeto Poly. (Medições em Campo) Vazão (m³/h)

210 Verificação de Operação Sistema de Água Gelada TESTES OPERACIONAIS BOMBAS 90 Edifício 01 - São Paulo - SP BAGM-01A - Eficiência 80 Eficiência (%) Medições em Campo 40 Q_máx Q_proj 30 Dado de Placa Curva de Projeto Poly. (Medições em Campo) Vazão (m³/h) Verificação de Operação Sistema de Água Gelada TESTES OPERACIONAIS BOMBAS 50 Edifício 01 - São Paulo- SP BAC-01B - Curva Característica 45 Altura Manométrica (mca) Medições em Campo Q_máx Dado de Placa Q_proj Curva de Projeto Poly. (Medições em Campo) Vazão (m³/h)

211 Verificação de Operação Sistema de Água Gelada TESTES OPERACIONAIS BOMBAS 90 Edifício 01 - São Paulo - SP BAC-01B - Eficiência 80 Eficiência (%) Medições em Campo 40 Q_máx Q_proj 30 Dado de Placa Curva de Projeto Poly. (Medições em Campo) Vazão (m³/h) Verificação de Operação Sistema de Água Gelada TESTES OPERACIONAIS TORRES DE RESFRIAMENTO 40.0 Edifício 01 - São Paulo - SP TR-03 - "Approach" da Torre Temp. da Água na Entrada da Torre Temp. da Água na Saída da Torre Temp. de Bulbo Úmido do Ar na Entrada da Torre Approach 30.0 Temperatura ( C) :00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 17/11/ /11/ Hora (hh:mm)

212 Verificação de Operação Sistema de Água Gelada TESTES OPERACIONAIS TORRES DE RESFRIAMENTO Edifício 01I - São Paulo - SP TR-03 - Coeficiente de Eficácia da Torre (K.A) Coef. de Eficácia da Torre (kw/ C) :00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 17/11/ /11/ Hora (hh:mm) Potência Absorvida Motor do Ventilador = 10 kw Verificação de Operação Sistema de Água Gelada TESTES OPERACIONAIS TORRES DE RESFRIAMENTO 40.0 Edifício 01 - São Paulo - SP TR-02 - "Approach" da Torre Temp. da Água na Entrada da Torre Temp. da Água na Saída da Torre Temp. de Bulbo Úmido do Ar na Entrada da Torre Approach 30.0 Temperatura ( C) :30 14:00 14:30 15:00 15:30 16:00 16:30 17:00 17:30 18:00 18:30 19:00 19:30 20:00 05/01/ Hora (hh:mm)

213 Verificação de Operação Sistema de Água Gelada TESTES OPERACIONAIS TORRES DE RESFRIAMENTO Edifício 01 - São Paulo - SP TR-02 - Coeficiente de Eficácia da Torre (K.A) Coef. de Eficácia da Torre (kw/ C) :30 14:00 14:30 15:00 15:30 16:00 16:30 17:00 17:30 18:00 18:30 19:00 19:30 20:00 05/01/ Hora (hh:mm) Potência Absorvida Motor do Ventilador = 16 kw Testes Operacionais nos FCs

214 Testes Operacionais nos FCs Testes Operacionais nos FCs Conforme pode ser observado nos gráficos, a capacidade do fancoil deste pavimento atingiu picos de 200 kw, operando em uma média de 170 kw. Este valor está coerente com a simulação da serpentina realizada e mostrada no relatório de Verificação da Instalação. Podemos afirmar, também, que a carga térmica deste pavimento está atingindo o limite do equipamento mesmo durante o período observado, quando as temperaturas externas não estavam elevadas. Portanto poderá haver falta de capacidade em dias mais quentes. Esta capacidade elevada ocorreu apenas durante três horas no dia observado

215 Verificação de Desempenho Sistema de Água Gelada TESTES DE DESEMPENHO - CHILLERS Edifício 01 - São Paulo - SP Chiller UR-01B - Temperatura da Água Gelada Temperatura de Entrada no Chiller Temperatura de Saída do Chiller Temperatura ( C) :00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30 16:00 16:30 17:00 17:30 18:00 18:30 06/01/ Hora (hh:mm) Verificação de Desempenho Sistema de Água Gelada TESTES DE DESEMPENHO - CHILLERS 35.0 Edifício 01 - São Paulo - SP Chiller UR-01B - Temperatura da Água de Resfriamento Temperatura ( C) Temperatura de Entrada no Condensador Temperatura de Saída do Condensador :00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30 16:00 16:30 17:00 17:30 18:00 18:30 06/01/ Hora (hh:mm)

216 Verificação de Desempenho Sistema de Água Gelada TESTES DE DESEMPENHO - CHILLERS 110 Edifício 01 - São Paulo - SP Chiller UR-01B - Carga Parcial Part Load (%) % Capacidade Nominal % Corrente Nominal (FLA) 0 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30 16:00 16:30 17:00 17:30 18:00 18:30 06/01/ Hora (hh:mm) Verificação de Desempenho Sistema de Água Gelada TESTES DE DESEMPENHO - CHILLERS 7.0 Edifício 01 - São Paulo - SP Chiller UR-01B - Eficiência Energética COP - Coeficiente de Prerformace (kw/kw) :00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30 16:00 16:30 17:00 17:30 18:00 18:30 06/01/ Hora (hh:mm)

217 Verificação de Desempenho Sistema de Água Gelada TESTES DE DESEMPENHO - CHILLERS Edifício 01 - São Paulo - SP Chiller UR-03 - Temperatura da Água Gelada Temperatura de Entrada no Chiller Temperatura de Saída do Chiller Temperatura ( C) :00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 03/12/ Hora (hh:mm) Verificação de Desempenho Sistema de Água Gelada TESTES DE DESEMPENHO - CHILLERS Edifício 01 - São Paulo - SP Chiller UR-03 - Temperatura da Água de Resfriamento Temperatura de Entrada no Condensador Temperatura de Saída do Condensador 34.0 Temperatura ( C) :00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 03/12/ Hora (hh:mm)

218 Verificação de Desempenho Sistema de Água Gelada TESTES DE DESEMPENHO - CHILLERS Edifício 01 - São Paulo - SP Chiller UR-03 - Carga Parcial 110 % Capacidade Nominal 100 % Corrente Nominal (FLA) 90 Part Load (%) :00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 03/12/ Hora (hh:mm) Verificação de Desempenho Sistema de Água Gelada TESTES DE DESEMPENHO - CHILLERS Edifício 01 - São Paulo - SP Chiller UR-03 - Eficiência Energética COP - Coeficiente de Prerformace (kw/kw) :00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 03/12/ Hora (hh:mm)

219 Verificação de Desempenho Sistema de Água Gelada TESTE FUNCIONAL DO SISTEMA DE AUTOMAÇÃO Sistema opera em modo manual remoto; Válvulas motorizadas dos Chillers antigos e Torres antigas não funcionam; Controle Visual de partida dos Chillers inadequada; Alguns sensores de campo apresentam problemas e precisam ser corrigidos; Faltam Telas específicas no Sistema Supervisório para monitoração das condições de operação dos Chillers. Faltam Telas específicas no Sistema Supervisório para monitoração da Capacidade Atual e Eficiência Energética dos Chillers e da CAG. VERIFICAÇÃO FUNCIONAL da Rede de Distribuição de Ar As não conformidades identificadas na instalação da rede de distribuição de ar causam disfunção do sistema de controle de temperatura nos ambientes. Esta disfunção gera zonas muito frias e outras zonas quentes. Os usuários reclamam com a equipe de operação do edifício que na tentativa de atendê-los busca uma operação manual das VAVs anulando o sistema de controle automático. Esta ação, nem sempre atinge os resultados esperados causando mais desconforto e uma consciência coletiva de que o sistema não funciona e que os usuários devem se conformar com esta realidade ou buscar soluções individuais como, por exemplo, obstruir os difusores de insuflamento com fitas adesivas

220 VERIFICAÇÃO FUNCIONAL da Rede de Distribuição de Ar Estas ações individuais, quando combinadas, geram mais desequilíbrio no sistema de distribuição de ar e, portanto uma situação caótica que se distancia da possibilidade de atingir-se o equilíbrio de temperaturas no ambiente condicionado Os sensores de pressão para indicação da saturação dos filtros dos fancoils não estavam operando. Alguns sensores de VAVs apresentaram desvios em suas leituras. Uma calibração e ajustes dos outros sensores trarão um resultado satisfatório. PLANO DE AÇÃO DE CORREÇÕES SISTEMA DE ÁGUA GELADA Verificação de Desempenho Falta de controle. O sistema de Atuadores das Válvulas de Bloqueio Operação/ Sistema Motorizadas dos UR-01A/ UR-01B de e Águaautomação Manutenção/ Gelada CAG está Item Descrição Fase Impactos no Sistema Proposta de Solução Prioridade 1 TR-01/ TR-02 estão avariados. Automação praticamente inoperante por causa destas válvulas. Substituição dos Atuadores e Válvulas Urgente 2 Vibração Excessiva na BAGM-01. Operação/ Manutenção Risco de avaria maior. Ruído e Realizar uma revisão geral na bomba, motor vibração excessivos que afeta os elétrico, alinhamento, estrutura da base. Como usuários do Térreo e Mezannino. opção verificar o custo de substituição da bomba. Alta Válvulas de 2 Vias de controle de vazão de água gelada nos Fan Coils avariadas ou com mal funcionamento (16 de 38-42%). BACs-01A/B/R apresentam um desempenho muito abaixo dos valores de projeto e com consumo de energia excessivo O sistema de automação está deficiente e não é possível operar o sistema em automático. Operação/ Manutenção/ Automação Operação/ Manutenção Automação Falta de Controle nos Fan Coils. Vazão Excessiva de Água Gelada. Aumento do consumo de energia na CAG. Desconforto no pavimento. Aumento do consumo de energia na CAG Incluir no PMOC um plano de revisão geral e contínuo destas válvulas. Como opção, substituir estas válvulas (17 anos) por válvulas inteligentes com controle e monitoração de consumo de energia com ar condicionado nos pavimentos. Substituição das BACs Revisão de lógicas, habilitação das telas dos CAG operando em modo manual Chillers. Habilitação de telas de trends e remoto e sem controle adequado. benchmarks da CAG. Alta Alta Alta 6 Os Fan Coils não possuem válvulas de balanceamento. Instalação/ Operação Falta de controle e vazão excessiva nos circuitos secundários. Instalação das válvulas de balanceamento Média 7 Documentação de Projeto Desatualizada. 8 Inversores de Frequência dos Ventiladores dos Fan Coils apresentam problemas (13 de 38-35%). Projeto "As Built" Operação/ Manutenção/ Automação Falta de dados para gerenciamento operacionald dos equipamentos e sistema Falta de Controle na vazão de ar. Aumento do consumo de energia no Fan Coil. Desconforto no pavimento. Prover documentação adequada. Incluir no PMOC um plano de revisão geral e contínuo dos inversores. Como opção, substituir os inversores (17 anos). Média Média 9 10 Sistema de purga de ar do circuito de água gelada é precário. As torres de resfriamento TR-01 e TR-02 apresentam baixo desempenho e afetam o desempenho dos chillers. Instalação/ Operação/ Manutenção Operação/ Manutenção Excesso de ar no sistema. Problemas de corrosão interna na Instalação de um sistema de purga automático. tubulação. Aumento do consumo de energia na CAG Revisão geral nas torres TR-01 e TR-02 e substituição do enchimento, além de uma análise do ventilador OU substituição das torres. Média Média

221 PLANO DE AÇÃO DE CORREÇÕES SISTEMA DE ÁGUA GELADA Verificação de Desempenho Sistema de Água Gelada PLANO DE AÇÃO DE CORREÇÕES SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE AR Verificação de Desempenho Sistema de Água Gelada Item Descrição Fase Impactos no Sistema Proposta de Solução 1 Caixas VAC operando como damper on off sem exercer a função de contole de vazão Instalação/ Operação Sem autoridade para controle de substituindo todas as caixas VAC por caixas temperatura nos ambientes VAV condicionados 2 Adequação do sistema de distribuição de ar de cada pavimento ao respectivo Lay out atual; Instalação/ Operação Sem autoridade para controle de Projeto de adequação e posterior instalação das temperatura nos ambientes alterações condicionados 3 4 Calibração dos sensores de temperatura que apresentaram desvios maiores do que 1,0ºC; Execução do Teste, Ajuste e Balanceamento do Sistema de distribuição de ar com; Operação/ Manutenção Operação/ Manutenção Falta de controle de temperatura Calibração de sensores nos ambientes condicionados Sem autoridade para controle de Execução do TAB após as alterações descritas temperatura nos ambientes acima condicionados 5 Definição dos novos setpoints do sistema de controle de temperatura dos pavimentos através de ensaio funcional do sistema de distribuição de ar Operação/ Manutenção Sem autoridade para controle de Durante a Execução do TAB fazer o teste temperatura nos ambientes funcional para definição dos set points condicionados 6 Emissão de documento contendo o mapeamento de caixas VAV condizente com o Lay out atual do pavimento para facilitar a identificação de possíveis problemas operacionais do sistema de controle; Projeto Built" Sem autoridade para controle de "As temperatura nos ambientes Prover documentação adequada. condicionados 7 Emissão do Manual de Operação do sistema de ar Condicionado que descreve o funcionamento correto do sistema, os setpoints atuais, as capacidades dos condicionadores, a especificação dos componentes de controle, etc. Projeto Built" Falta de dados para "As gerenciamento operacionald dos Prover documentação adequada. equipamentos e sistema

222 PLANO DE AÇÃO DE CORREÇÕES SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE AR Verificação de Desempenho Sistema de Água Gelada Item Descrição Fase Prioridade Objetivos/ Resultados Estimativa de Custos Benefícios aos Usuários 1 Caixas VAC operando como damper on off sem exercer a função de contole de vazão Instalação/ Operação Alta Controlar a temperatura dos ambientes R$ Conforto termico 2 Adequação do sistema de distribuição de ar de cada pavimento ao respectivo Lay out atual; Instalação/ Operação Media Controlar a temperatura dos ambientes Depende de cada pavimento Conforto termico 3 Calibração dos sensores de temperatura que apresentaram desvios maiores do que 1,0ºC; Operação/ Manutenção Média Controlar a temperatura dos ambientes Depende de cada pavimento Conforto termico 4 Execução do Teste, Ajuste e Balanceamento do Sistema de distribuição de ar com; Operação/ Manutenção Média Controlar a temperatura dos ambientes estima-se R$ por pavimento Conforto termico 5 Definição dos novos setpoints do sistema de controle de temperatura dos pavimentos através de ensaio funcional do sistema de distribuição de ar Operação/ Manutenção Média Controlar a temperatura dos ambientes imbutir no custo de TAB Conforto termico 6 Emissão de documento contendo o mapeamento de caixas VAV condizente com o Lay out atual do pavimento para facilitar a identificação de possíveis problemas operacionais do sistema de controle; Projeto Built" "As Alta Controle de engenharia sobre o sistema existente.??? Emissão do Manual de Operação do sistema de ar Condicionado que descreve o funcionamento correto Projeto do sistema, os setpoints atuais, as capacidades dos Built" condicionadores, a especificação dos componentes de controle, etc. "As Alta Controle de engenharia sobre o sistema existente.??? --- Oportunidades de Melhorias Sistema de Água Gelada Retrofit dos Chillers Antigos com HCFC-22; Chiller para Sistema Dedicado de Resfriamento de Ar Externo (DOAS); Válvulas de Controle de Vazão de Água Gelada e Monitoração do Consumo de Energia nos Fan Coils; Válvulas de Balanceamento nos Fan Coils

223 Retrofit dos Chillers com HCFC-22 CAPACIDADE MÁXIMA E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA Capacidade Máx. do Sistema Capacidade Máx. dos Chillers Sistema em Sistema Atual Real Retrofit - Chillers com HCFC-22 kw ton kw ton Potência Absorvida - Chillers kw Potência Absorvida - TOTAL kw COP - TOTAL kw/kw COP CHILLERS UR-01A/B kw/kw O ganho de Eficiência Energética nos Chillers após o Retrofit será superior a 45%

224 PROCEDIMENTOS PARA MEDIÇÃO E VERIFICAÇÃO (M&V) DE DESEMPENHO L. TOMAZ CLETO 222

225 Projeto Demonstrativo para o Gerenciamento Integrado no Setor de Chillers Procedimentos para Medição e Verificação de Desempenho Leonilton Tomaz Cleto Bruce Hunn ASHRAE DL Execução Implementação Realização Fundamentar o que chamamos de desempenho para estabelecer credibilidade sobre os resultados. Facilitar a aferição ( benchmark ) do desempenho medido/ verificado de maneira adequada, rigorosa e confiável. Garantir os ganhos com eficiência energética não diminuam a qualidade do ambiente interno (IEQ)

226 Por que medir? O Objetivo O que medir e como medir? A Métrica Instrumentação Abrangência/ resolução espacial Abrangência/ resolução temporal Quais os benchmarks apropriados? Avaliação de Desempenho/ Benchmarking Performance Measurement Protocols for Commercial Buildings 2 224

227 Performance Measurement Protocols for Commercial Buildings Categorias de Medição Consumo de Energia Consumo de Água Potável IEQ Conforto Térmico IEQ Qualidade do Ar Interior (QAI) IEQ Iluminação / Luz Natural IEQ Acústica Performance Measurement Protocols for Commercial Buildings Níveis de Objetivos Básico (Indicativo) Intermediário (Diagnóstico) Avançado (Investigativo) Custo de Investimento vs Precisão dos resultados/ Instrumentação utilizada 3 225

228 Os objetivos são tipicamente para se obter uma avaliação mais detalhada (tipicamente desagregada) para identificar como melhorar o desempenho dos sistemas. A ênfase está em medições físicas em vez de questionários e entrevistas. As medições são em maior frequência e com maior abrangência/resolução espacial. Objetivos Caracterizar o perfil de consumo de energia no edifício e seu custos. Estabelecer um ranking de desempenho energético. Estimar potenciais de poupança de energia. Métrica Identificar e catalogar as características básicas do edifício Contas de consumo de energia período anual. Índices de consumo e custos de energia (por unidade de área) período anual. Benchmarks Classificação do Edifício (Energy Star nos EUA) por tipo de construção, zona climática (no Brasil está sendo criada). Classificação do desempenho energético do edifício

229 Objetivos Determinar e classificar os níveis de satisfação dos ocupantes Identificar os problemas relacionados ao conforto térmico. Métrica Avaliar as listas de chamados (reclamações) Realizar pesquisas (aplicar questionários) de satisfação dos usuários e equipes de operação. Medições pontuais de temperatura e umidade relativa do ar, velocidade do ar e temperatura radiante (para determinar eventuais causas de problemas) Benchmarks BUS survey database (em desenvolvimento no Brasil) ASHRAE Standard 55 Thermal Comfort 5 227

230 228 6

231 Objetivos Determinar e classificar os níveis de satisfação dos ocupantes. Verificar as condições atuais do sistema de HVAC Avaliar a conformidade com a ABNT NBR 16401:2008 Métrica Avaliar as listas de chamados (reclamações) Realizar pesquisas (aplicar questionários) de satisfação dos usuários e equipes de operação. Verificar a Qualidade do Ar Externo. Se houver combustão ao redor, efetuar medições pontuais de índices de CO. Medir as vazões (taxas) de ar externo nas áreas. Benchmarks BUS survey database (em desenvolvimento no Brasil) ASHRAE Standard 62.1 / NBR Vazão de Ar Externo. Intermediário Medição da Vazão de Ar Externo em cada tomada de ar. Medição contínua dos índices de CO 2 durante uma semana, nas áreas representativas. Avançado Medição contínua dos índices de CO 2, PM 2.5 e Total VOC. Medição contínua de outros contaminantes quando aplicável (ou suspeito)

232 Edifício Sede da ASHRAE Atlanta - GA EUA Reforma finalizada em 07/2008 Consumo de Energia Todo edifício utiliza apenas energia elétrica Período de 12 meses Site EUI (kbtu/ft 2 -yr) Source EUI (kbtu/ft 2 -yr) Site ECI ($/ft 2 -yr) Energy Star Rating 09/ / Economia 47% /

233 Consumo de Energia Nível Intermediário Consumo Médio Diário - Pré e Pós Reforma Consumo Elétrico (kwh/dia) 4,000 3,500 3,000 2,500 2,000 1,500 1, ASHRAE HQ Consumo Elétrico (Consumo Elétrico vs TBS Ar Externo) Weekends & Holydays (FY2010) Weekdays (FY2010) Weekdends & Holydays (FY2007) Weekdays (FY2007) Weekends & Holydays (FY2010) Model Weekdays (FY2010) Model Weekends & Holydays (FY2007) Model Weekdays (FY2007) Model Temperatura de Bulbo Seco do Ar Externo ( F) Consumo de Água Anual Consumo Anual - Pré e Pós Reforma Período de 12 meses Consumo (L/pessoa/dia) 08/ / Economia 67% 9 231

234 Resultados das Pesquisas de Satisfação dos Usuários Pre-Reforma: % Satisfeitos 43% Satisfeitos Pós Reforma: 2010 Gradientes de Temperatura Forro ao Piso

235 Gradientes de Temperatura Forro ao Piso Resultados das Pesquisas de Satisfação dos Usuários Pré-Reforma: 2005 Pós-Reforma: % Satisfeitos 77% Satisfeitos

236 Resultados das Pesquisas de Satisfação dos Usuários Pós-Reforma: 2010 Pós-Reforma: % Satisfeitos 70% Satisfeitos Medição da Vazão na Tomada de Ar Externo Vazão Medida (m³/h) Ocupação Normal 7353 (73 m³/h/pessoa) Vazão Máxima de Ar Externo 9959 Vazão BMS (m³/h) Desvio -9.3% +1.3%

237 Medição Contínua de CO 2 Sala de Reuniões do Centro Educacional ASHRAE Performance Measurement Protocols for Commercial Buildings: Best Practices Guide

238 LINHAS DE FINANCIAMENTO E MECANISMOS PARA PROJETOS DE RETROFIT EM SISTEMAS DE AR CONDICIONADO L. TOMAZ CLETO ÁLVARO SILVEIRA 236

239 Projeto Demonstrativo para o Gerenciamento Integrado no Setor de Chillers Linhas de Financiamento e Mecanismos para Projetos de Retrofit em Sistemas de Ar Condicionado Leonilton Tomaz Cleto Álvaro Silveira Atla Consultoria Execução Implementação Realização 1 237

240 2 238

241 3 239

242 4 240

243 5 241

244 6 242

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251 13 249

252 14 250

253 15 251

254 16 252

255 17 253

256 18 254

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258 20 256

259 21 257