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

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1 Projeto Demonstrativo para o Gerenciamento Integrado no Setor de Chillers CAG Otimizada para Sistemas com Chillers em Série e Resfriamento Dedicado de Ar Externo Eng. Francisco Dantas Interplan 01/04/ Fortaleza Execução Implementação Realização

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

3 PARTE I CENÁRIO MUNDIAL ENERGIA X EMISSÕES

4 Fonte:

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6 Fonte: Manual REHVA Nº 7 Adaptado da VDI 6022

7 Fonte: Manual REHVA Nº 7 Adaptado da VDI 6022

8 Fonte:

9 Fonte: REVHA Workshops Clima 2010

10 Fonte:

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

14 PARTE II EFICIENTIZAÇÃO ENERGÉTICA ERV DOAS DCV - VAV

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16 TECNOLOGIAS DE EFICIENTIZAÇÃO Fonte:

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18 DOAS with Parallel Cooling

19 Fonte:

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21 TECNOLOGIAS DE EFICIENTIZAÇÃO Fonte:

22 TRATAMENTO DO AR COMO MISTURA CARGAS ACOPLADAS

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

25 III.1 THIC POR DESSECAGEM

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27 DIAGRAMA PSICROMÉTRICO 11 5 PSYCHROMETRIC CHART - NORMAL TEMPERATURES SI METRIC UNITS Barometric Pressure kpa SEA LEVEL (ar externo após recuperador de energia) 32,0/26,0 C 18,8 g/kg 80,22 kj/kg 26,4/21,0 C 13,4 g/kg 60,62 kj/kg % (ar externo após desumidificador) PONTO 3 90% (ar externo) PONTO 2 95 PONTO 1 70% 25 Hu mi dit y (final do resfriamento livre) (ar externo após resfriamento sensível) ,0/17,0 C 9,3 g/kg 47,75 kj/kg 7 PONTO 7 (ar na saída dos climatizadores) C 10 e tur era p m Te 14,6/13,6 C 9,3 g/kg 38,14 kj/kg PONTO 8 (ar de insuflamento) 14,6/12,5 C 8,2 g/kg 35,38 kj/kg 14 % (ar no ambiente) 1 t We 0 ion rat atu 5 rs o lb Bu % % Dry Bulb Temperature C Moisture Content g/kg Dry Air PONTO 6 En tha lpy 14,6/10,3 C 6,0 g/kg 29,87 kj/kg % PONTO % At Sa tur atio nk 55 J/k gd ry 60 Air 65 28,0/24,6 C 6,0 g/kg 43,43 kj/kg 23 Re lat ive 75 PONTO % 80 44,3/21,0 C 6,0 g/kg 60,62 kj/kg 25 DISTRICT COOLING

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

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30 Matéria Revista Climatização Junho/2001

31 III.2 THIC POR RESFRIAMENTO PROFUNDO

32 UTAEs PRÉ ERV (27%) FREE COLLING 1º EST. MT (44%) COP 7,2 2º EST. BT (29%) COP 5,6 Reaq. DEVOLVIDO À CAG RESF. SENSÍVEL + DESUMIDIFICAÇÃO

33 FLUXOGRAMA HIDRÁULICO E DE AR DO CONSUMO DUTO DE AR EXTERIOR SECO E FRIO 28,2 C / 24,4 C 30,0 C / 26,7 C filtro F7 DADOS DE SHOPPING IMPLANTADO E EM OPERAÇÃO DESDE OUT/2012 S = TR UAB V2V 24,7 C / 20,6 C 18,5 C S = TR SERPENTINA - 1º Est. 14,0 C / 13,9 C V2V SERPENTINA - 2º Est. S= 828 TR S= 369 TR TR = 528 TR TR OBTIDAS POR CONSERVAÇÃO DE ENERGIA 6,0 C / 6,0 C ST 10 C 4 C V3V SERPENTINA - Reaq. 12,0 C / 8,9 C VOLTA À CAG VEM DA CAG VEM DA CAG ST POTÊNCIA DA CAG TR

34 RESFRIAMENTO SENSÍVEL

35 UTARs MT (100%) COP 7,2 RESF. SENSÍVEL

36 BALANÇO DE VAZÕES DE AR

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40 RESFRIAMENTO COM MENOS AR

41 Fonte: ASHRAE Journal December/2009

42 Fonte: GUIDEBOOK No. 21 REHVA Edition

43 PARTE IV INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS RADIANTES

44 IV. 1 VIGAS FRIAS

46 Fonte: Manual REHVA Vigas Arrefecidas

50 IV. 2 PISO FRIO RADIANTE

51 Fonte: REHVA Guidebook nº 7

54 VFAs e PFR ASHRAE PSYCHROMETRIC CHART NO.1 NORMAL TEMPERATURE BAROMETRIC PRESSURE: 101,325 kpa R R 110 Copyright ,030 AMERICAN SOCIETY OF HEATING, REFRIGERATING AND AIR-CONDITIONING ENGINEERS, INC.,029 SEA LEVEL , ,5 2,0 SENSIBLE HEAT TOTAL HEAT 10,0 0,5-5,0 4,0 Qs Qt -2,0 -, ,0-2, 0 5,0 0,4 0,0 30 4,0 0,1-0,2 0,2 WE T 1,0 5-0, 0,3-1, 0 0, ,6 0,9 0,8 0,7,025 BU LB 80 TE,024 MP ER AT UR E,023 - C 110 0,9 2,0 3,0, ,5,021 ENTHALPY HUMIDITY RATIO h W 70 25,020,019 C RE, PE 40 R IO AT N 20 S % 90 New 1 New 2 0,8 E UM OL 6V 15 % Y DR KG ER RP TE ME 0,8 40% 2 30% 0 AIR 0,8 20%,015 90,014,013,012,011 80,010,009,008,007 70,006,005,004,003 60,002, HUMIDITY 25 0,7 E 10% RELATIV 10 DRY BULB TEMPERATURE - C IC UB 4 50% 5 5 0,8 10 -C % RESF. SENSÍVEL 30 % U AT 40 -K M TE 50 R U AT HUMIDITY RATIO - KILOGRAMS MOISTURE PER KILOGRAM DRY AIR ,017-8 TH R AI 0,8 EN LO AM RY 0 J PY AL KI R G D 0,9 COP 8,0 F O 100, AT (100%) R PE ENTHALPY - KJ PER KILOGRAM OF DRY AIR

55 FLUXOGRAMA HIDRÁULICO DO CONSUMO DADOS DE SHOPPING IMPLANTADO E EM OPERAÇÃO DESDE OUT/ ,0 C 4,0 C 18,5 C ARRANJO OTIMIZADO DO CONSUMO (DESACOPLAMENTO RESFRIAMENTO/DESUMIDIFICAÇÃO) VBC V2V 18,5 C 10,0 C SERPENTINA - 1º Est. V2V 10,0 C 4,0 C SERPENTINA - 2º Est. COLETA DE CONDENSADO V3V + SERPENTINA - Reaq. FLUXO AR L/h 907 L/h L/h REDE DE DRENAGEM DO CONDENSADO VBC VBC VBC VBC VF VF VF 15,0 C 18,5 C VBC TRC BAR SERPENTINA VENTILADOR V2V 15,0 C SERPENTINA V3V 10,0 C TORRE DUTO VENTILADOR V3V SMT AAG SBT AAG RAG SAT VBC 18,0 C VBC 15,0 C ARMÁRIO DISTRIBUIÇÃO E CONTROLE PISO FRIO RADIANTE Q/E CAG ARREFECIMENTO DA CAG TAR

56 FLUXOGRAMA HIDRÁULICO E DE AR DO CONSUMO DUTO DE AR PRIMÁRIO SECO E FRIO PARA VIGAS FRIAS ATIVAS 31,1 C / 27,2 C filtro F7 VAI A CAG UAB 26,5 C / 21,8 C V2V 17,5 C SERPENTINA - 1º Est. 10 C 4 C V3V SERPENTINA - Reaq. ST VAI Á CAG V3V V3V V3V ST VEM DA CAG ST 13,0 C 15,0 C VEM DA CAG ST VIGAS FRIAS 6,0 C / 6,0 C ST VIGAS FRIAS SERPENTINA - 2º Est. 18,0 C VIGAS FRIAS 14,0 C / 13,9 C V2V

60 PARTE V OTIMIZAÇÃO TERMODINÂMICA POR ESCALONAMENTO DA PRODUÇÃO FRIGORÍFICA

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

62 RESULTADOS

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

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

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

68 SHOPPING HIPOTÉTICO PARA COMPARAÇÃO DE CUSTOS SISTEMA DE AR-CONDICIONADO ESPECIFICAÇÕES E INFORMAÇÕES PARA AS COMPOSIÇÕES ORÇAMENTÁRIAS DAS POSSÍVEIS CONFIGURAÇÕES PARA O MALL SETEMBRO/2014

69 1- CONFIGURAÇÕES POSSÍVEIS: POT. EQUIVALENTE UTAS ESTIMATIVA DUTOS (Kg) (TR NOM.) CONF. 1 TODO AR CONF. 2 AR/EXT L/s 200 (4 x 50) AR/DES L/s 250 (5 x 50) AR/REC L/s 435 (9 x 50) TOTAL L/s 895 (18 x 50) AR/EXT L/s 200 (4 x 50) AR/DES L/s 250 (5 x 50) L/s L/s 200 (4 x 50) L/s 650 (13 x 50) AR/EXT L/s 200 (4 x 50) AR/DESM L/s 250 (5 x 50) L/s L/s 240 (5 x 50) L/s 690 (14 x 50) AR/EXT L/s 200 (4 x 50) AR/DES L/s 250 (5 x 50) PFR AR + PFR AR/REC TOTAL CONF. 3 VGF/SEC AR + VFAs AR + PFR + VFAs Eq. Eq. AR/REC TOTAL CONF. 4 Eq. Eq. PFR Eq L/s - - VGFS/SEC Eq L/s (9 x 50) AR/REC TOTAL Eq L/s (42%)

70 2- QUADRO COMPARATIVO DE QUANTITATIVOS DAS DISTINTAS CONFIGURAÇÕES PARA O SISTEMA DO MALL: CONF. 1 CONF. 2 CONF. 3 CONF. 4 UTAEs 200 TR 200 TR 200 TR 200 TR UTADs 250 TR 250 TR 250 TR 250 TR UTARs 450 TR 200 TR 250 TR - PFR m² m² VFAs Pç 675 Pç Kg Kg Kg Kg DUTOS OBS: Utilizar sempre unidades de 50 TR nominais para todas as UTAs em todas as configurações. 3- LEGENDA: PFR Piso Frio Radiante; VFAs Vigas Frias Ativas

71 QUADRO COMPARATIVO DE CUSTOS INICIAIS E OPERACIONAIS EM R$ x CUSTO ALTERNATIVA INICIAL DO CUSTO ADICIONAL DA CUSTO ADICIONAL DA OPERAÇÃO INFRAESTRUTURA ANUAL SISTEMA ELÉTRICA CIVIL INSUMOS PAY-BACK REPOSIÇÃO E MÃO (ANOS) DE OBRA TODO AR CONF (300 kva) (400 m²) AR + PFR CONF (135 kva) (180 m²) AR + VFAs CONF (165 kva) (220 m²) AR + PFR + VFAs CONF ZERO + ZERO + ZERO + ZERO - DIFERENÇA ENTRE CUSTOS RELAÇÃO DIF. CUSTOS INICIAIS DIF. CUSTOS INFRAESTRUTURA DIF. CUSTOS OPERACIONAIS PAY-BACK ANUAIS (ANOS) , ,

72 Execução Implementação Realização