Qualidade de Ar Interior com equipamentos e projeto inteligente.

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1 Qualidade de Ar Interior com equipamentos e projeto inteligente. Palestrante: Ciro Cruz Global Product Manager, Johnson Controls Johnson Controls - FEBRAVA 2015 Seminário Técnico Setembro 23, :45

2 Johnson Controls - FEBRAVA Seminário Técnico Palestrante: Ciro Cruz Global Product Manager, Chiller Solutions, Johnson Controls Topico: Qualidade de Ar Interior com equipamentos e projeto inteligente 1. Balanço entre eficiência e QAI: Adote uma abordagem holística. 2. Circuitos de água gelada dissociados. 3. Central de água gelada com Lift reduzido e duplo circuito de água gelada. 4. Chillers. 5. Torre de resfriamento. 6. Múltiplos sistemas de tratamento de ar: DOAS, AHU, Teto Radiante, UFAD 7. Controles. 8. Estudo de caso: Jurong Entertainment Mall (JEM) Singapura. 2

3 1.Balanço entre eficiência e QAI. Porque necessitamos ventilação e filtragem? Qualidade de Ar Interior Pessoas passam mais tempo em áreas internas.(>90%) Síndrome do edifício doente. Contenciosos jurídicos sobre mofo (USA). ASHRAE Std 62.1 Regulação local (Building Code). Certificação LEED. Filtragem do ar (Poeira, poluentes) Umidade relativa max.65%. Taxa de renovação de ar exterior/pessoa. 3

4 1. Balanço entre eficiência e QAI. Possíveis impactos dos requesitos de uma melhor qualidade de ar interior. Possíveis impactos de uma melhor QAI Maior produtividade Maior assiduidade Menos doenças respiratórias e alérgicas Menos litígios judiciais kw/ton kwh Custos iniciais e Operacionais $$$ Carga de resfriamento 4

5 1. Balanço entre eficiência e QAI. Como mitigar os impactos da melhor QAI? Adote uma abordagem holística. Automação e Optmização Variadores de Frequência Torres de Resfriamento Tratamento do Ar Bombas e Motores Para promover uma melhor QAI, os sistemas devem ser projetados e operados de forma holística, buscando controlar a fonte de poluentes, ter uma taxa de ventilação de ar exterior correta, previnir umidade e mofo, promover boas práticas de limpeza e manutenção, bem como monitorização da QAI, mas de uma forma energeticamente eficiente. 5

6 2. Circuitos de água gelada dissociados. Máxima eficiência e alta qualidade do ar interior ao mesmo tempo. Eficiência energética da Central de água gelada Fluxo primário variável *Min. Platinum 0.65 kw/ton Elevar a TSAG + Fluxo primário variável (VPF) *Corporation Place 0.59 kw/ton Elevar a TSAG + Fluxo primário variável (VPF) + Vazão em contra fluxo (SCF) *Potencial 0.57 kw/ton Anteriores + Circuitos de água gelada dissociados (Cargas latentes e sensíveis) Tipos de sistemas de central de água gelada *JEM- Estudo de Caso kw/ton Eficiência da Central (Chiller + Bombas + Vent. da Torre de Cond.) 0.65 kw/tr* *Exemplo: Consumo anual médio em kw/ton pela escala do Singapore Green Mark 6

7 2. Circuitos de água gelada dissociados. Otimização de um sistema de HVAC, separando ("decoupled") cargas latente de cargas sensíveis... % das Cargas. Latente Sensível Condução pelas paredes, telhado, etc Radiação Solar Iluminação Servido pelo circuito de Alta Temperatura de água gelada Equipamentos (alguma parte.maioria sensível) Pessoas Infiltração Ventilação Servido pelo circuito de Baixa Temperatura ou pelo circuito de multipla temperatura de água gelada Ganhos de calor do sistema % do total de carga de resfriamento: 20-30% 70-80% 7

8 3. Central de água gelada com Lift reduzido e duplo circuito de água gelada. Central de água gelada tradicional Central de água gelada Circuito de água gelada 12 C 7 C 35 C 30 C Circuito de água condensação 8

9 3. Central de água gelada com Lift reduzido e duplo circuito de água gelada. Considere o projeto de sistema de água gelada típico... Pressão Lift 30 C 95 F 3535 CC 7 C 12 C Entalpia 9

10 3. Central de água gelada com Lift reduzido e duplo circuito de água gelada. Tire proveito da redução do Lift... Pressão Reduzindo a temperatura da água do condensador Reduz o Lift Condensador Lift (ou Head Pressure ) Evaporador Compressor Reduz o trabalho do compressor Entalpia Reduz o consumo de energia Estratégia de redução do Lift # 1: Reset da Temperatura de Condensação 10

11 3. Central de água gelada com Lift reduzido e duplo circuito de água gelada. Tire proveito da redução do Lift do sistema... Sistema tradicional arranjo em paralelo. Lift: 35 C 9 C = 26 C VPF Sistema com arranjo em série e contrafluxo: Lift Chiller 2 35 C 14 C = 21 C Lift Chiller C 9 C = 23.5 C Lift médio em SCF = 22.2 C 11 9 deg C 30 deg C 14.0 deg C 19 deg C 32.5 deg C 35 deg C Lift é reduzido em 2.5 C Lift é reduzido em 5.0 C 32.5 C 9 C = 23.5 C lift Estratégia de redução do Lift # 2: Arranjo de vazão em série e contrafluxo (SCF) 35 C 14 C = 21 C lift

12 3. Central de água gelada com Lift reduzido e duplo circuito de água gelada. Tire proveito da redução do Lift do sistema... Desempenho em Série e Contrafluxo VSD chiller em condições climáticas de Singapura (aplicado de edifício de escritórios) 28% melhor eficiência que o projeto original (plena carga) 48% melhoria média 9 C 1520kWr 14 C 1645 kwr 19 C 30 C 32. C 35 C Alta Temp. chiller COP COP Série Contrafluxo (alta+baixa) COP Baixa Temp.Chiller COP Baseline: Projeto tradicional Estratégia de redução do Lift # 2: Arranjo de vazão em série e contrafluxo (SCF) % Capacidade 12

13 3. Central de água gelada com Lift reduzido e duplo circuito de água gelada. Tire proveito da redução do Lift do sistema... Pressão Reduz o consumo de energia Lift (ou Head Pressure ) Condensador Evaporador Compressor Reduz o trabalho do compressor Reduz o Lift Entalpia Aumentando a temperatura da água do evaporador Estratégia de redução do Lift # 3: Reset da Temperatura de água gelada 13

14 3. Central de água gelada com Lift reduzido e duplo circuito de água gelada. Tire proveito da redução do Lift... Uma maior serpentina (baixa velocidade de face) permite o uso de uma temperatura mais alta da alimentação de água de gelada (reset) sem impacto nas condições de saida do ar, perda de pressão estática ou perda de pressão de bombeamento. Estratégia de redução do Lift # 3: Reset da Temperatura de água gelada 14 Entrada de Ar: 25 C Bulbo seco 18.5 C Bulbo úmido Projeto Tradicional: 2.5 m/s velocidade de face 6 C to 7 C temperatura de approach Fluxo de Ar: 5,000 l/s Temperatura requerida de água gelada? Reduzir 1 C no lift aumenta o COP em 3% Target de temperatura de saida de ar: 13 C Bulbo seco Temp. de Saída approach = Temp. de saída de água gelada (Set-point) 13 C Temp. de Saída - 7 C approach = 6 C Set-point de água gelada Projeto aperfeiçoado: <2.0 m/s face velocity 3 C to 4 C temperatura de approach 13 C Temp. de Saída - 4 C approach = 9 C Set-point de água gelada

15 3. Central de água gelada com Lift reduzido e duplo circuito de água gelada. Combinando as alternativas de reset de água gelada propostas anteriormente. Ins. Ar 13/12.9 C VAV & AHU(s) Unidade de Multi-Estágio Dedicada para Tratamento de Ar Exterior (DOAS) por resfriamento para desumidificação e controle de condensação Ins. Ar 13/12.9 C 2 o. estágio para pré-resfriamento pelo Circuito de Baixa de Temp. A.G. Ret. Ar 24.7/19.4 C 18 C Ar Externo 33/27 C 1 o. estágio para pré-resfriamento pelo Circuito de Alta de Temp. A.G. 20 C VPF 15 % de carga típica em um edifício misto : 28% das cargas: 15 o C Set-point água gelada 36% das cargas: 13.5 o C Set-point água gelada 36% das cargas: 9 o C Set-point água gelada Média total: 12.3 o C Set-point água gelada 18 C Ganho significativo de eficiência do sistema versus um sistema de arranjo típico em paralelo (7 C Set-point AG) Reduzir 1 C no lift aumenta o COP em 3% 9 C 18 C 15 C Circuito de Alta de Temp. A.G. 9 C 13.5 C 18 C Circuito de Baixa de Temp. A.G. VPF

16 3. Central de água gelada com Lift reduzido e duplo circuito de água gelada. Combinando as alternativas de reset de água gelada propostas anteriormente. Unidade de multi-estágio Dedicada para Tratamento de Ar Exterior (DOAS) por resfriamento para desumidificação e controle de condensação *Sistema mostrado com roda entálpica. 12 C 2 o. estágio para pré-resfriamento pelo Circuito de Baixa de Temp. A.G. 23 C / 55% 18 C 28 C 9 C 15 C 33/28 C 1 o. estágio para pré-resfriamento pelo Circuito de Alta de Temp. A.G. Circuito de Alta de Temp. A.G. para carga sensível Teto Radiante (Chilled beam) UFAD (Sistema de Insuf. pelo Piso) AHU & VAV (s) Set-point O Lift reduzido pela elevação do set-point de saída de água gelada (Reset) proporciona significativos ganhos na eficiência do sistema de AC. 15 o C Set-point 13 o C Set-point 9 o C 16

17 Proporcione um ambiente saudável e confortável! Reduza custos operacionais utilitidades, manutenção e trabalho! Chiller Centrífugo de Mancal Magnético Projetado para operar com arranjo em SCF. Menor custo operacional proporcionado por VSD como padrão. Chiller mais silencioso do mercado. Reduzida área de piso; Ótimo para retrofit. Sistema dedicado para tratamento de ar exterior (DOAS) Unidade dedicada para gerenciar a quantidade e qualidade exata a ser insuflado no empreendimento. Exaustão através da unidade. DOAS não manipulam cargas de refrigeração & aquecimento do espaco comum. Melhor solução para atingir os requerimentos da ASHRAE norma Eclipse Air Handling Units (YM- AHU) Alto grau de flexibilidade para atender a maioria das especificações do mercado comercial. Projeto para fornecer máxima QAI com múltiplos estágios de filtro, alta estanqueidade e bandejas do dreno em plástico. Reduzido níveis de ruído para aplicações sensíveis. Controles e acessórios podem ser fornecidos de fábrica. 17

18 4- Chillers Projetar um sistema otimizado começa com um chiller de operação eficiente... Chiller 58% Fans 24% Pumps 13% Design Performance Tower 5% Em climas tropicais como Singapura (ambiente mais desafiador para economia de energia com VSD) é possível ter ganho de eficiência de sistema com clima quente e úmido. No Brasil ainda teríamos a possibilidade de reduzir ainda mais o lift de operação, usando o reset de água de condensação. (estratégia #1 de redução de lift ) 18

19 4- Chillers Tecnologia VSD desbloqueia o benefício de eficiência em todas as condições climáticas YK CSD Constant CEFT YK CSD AHRI Relief YK VSD AHRI Relief YMC2 AHRI Relief Chillers operam 85% do tempo dentro desta Velocidade Variável faixa de capacidade Redução de Condensação AHRI + oil-free YMC2) Velocidade Variável Redução de Condensação AHRI COP Velocidade Constante, Redução de Condensação AHRI Velocidade Constante Temp.Entr.água Cond. Constante % Capacidade 19

20 5- Torre de Resfriamento Rever as condições de concepção convencional... Qual é a temperatura de projeto de água de condensação apropriado? A torre de resfriamento é o dispositivo de transferência de calor mais eficaz no sistema. Design Condition Quociente de eficiência de energia (EER) = 875 kw / 7.5 kw = C OR C 250 ton de uma torre de baixo nível de ruído Projeto Original = approach 5-7 C Projeto Optmizado = approach 3-4 C Optimização no dimensionamento de torre de resfriamento economiza energia, quando considerado o funcionamento ao longo do ano! Operar o sistema com a temperatura da água CONSTANTE da torre desperdiça energia 20

21 6- Múltiplos sistemas de tratamento de ar: Sistema dedicado para tratamento de ar exterior (DOAS) Sistema dedicado para tratamento de ar exterior (DOAS) Trata 100% do ar exterior e atende a carga total de umidificação do prédio. Controla o ponto de orvalho do espaço interno. Mantém a taxa de ventilação projetada Sistema de recuperação de energia (roda entálpica) para reduzir a carga da serpentina 21

22 6- Múltiplos sistemas de tratamento de ar: YORK ECLIPSE Air-Handling Unit Feature Performance (Eclipse YM) Faixa de Vazão K Paredes 1 (R-13) Construção Sanduíche de Poliuretano Injetado Estanqueidade <5% Base Viga estruturada Norma para Filtragem ABNT Categorias LEED* EA-1, & 4, EQ-1, 2, 3.1, 5, & 7.1 *Produtos não podem garantir que receberá pontos LEED. Unidades de YORK Eclipse (YM) podem ajudar para a realização dos créditos nas categorias listadas. 22

23 6- Múltiplos sistemas de tratamento de ar: YORK ECLIPSE Air-Handling Unit Extensiva Opção de Filtros Atende aos requisitos das mais variadas aplicações. Vários tipos de filtro disponíveis. Eficiências e diferentes classificações de grau de filtragem segundo Norma ABNT Lâmpadas Ultra-Violetas Serpentina ANTES de UV aplicada. Descontaminação de Superfície: Irradiação ultravioleta germicida (UVGI) é o processo de usar um comprimento de onda de 254 nanômetros da luz ultravioleta (UV-C) para matar organismos no ar e superfície. 23 Serpentina DEPOIS de UV aplicada.

24 6- Múltiplos sistemas de tratamento de ar: YORK ECLIPSE Air-Handling Unit Definição de AHU Customizado tem mudado 20 anos atrás: Motor Interno 15 anos atrás: Filtragem especial, Ventiladores de alta pressão 10 anos atrás: Rodas entálpicas, Construção modular, <1% estanqueidade. 5 anos atrás: Lâmpadas UV, Maiores vazões, múltiplos ventiladores,. Hoje, Customização é guiada pelos seguintes requerimentos Componentes e aplicação especializada: Resitentes à corrosão. Controles e acessórios fornecidos pelo fabricante. Flexibilidade de configuração: Desempenho dos módulos Customizados" implementadas em unidades de Eclipse... Construção modular, Capacidade de atender altas vazões, Lâmpadas UV, Estrutura reforçada e base para os ventiladores. 24

25 Proporcione um ambiente saudável e confortável! Reduza custos operacionais utilitidades, manutenção e trabalho! Teto Radiante (Chilled Beam) Ativo ou Passivo. Uma serpentina de água gelada atende a maior parte da carga sensível requerida pelo ambiente. Necessita de um sistema de ar primário complementar para ventilação e desumidimificação do ambiente. Sistema de insuflamento pelo piso York Airfixture (UFAD) Baixo custo operacional. Alto nível de conforto. Operação silenciosa, ideal para prédio de escritórios. Distribuição de ar eficiente. YGFC Fan Coil Unit (FCU) Projetado para manejar grandes diferencias de temp. de A.G. Baixo custo inicial. Operação silenciosa, ideal para hotéis. Controles e acessórios podem ser fornecidos de fábrica. 25

26 Codições de Operação: 6- Múltiplos sistemas de tratamento de ar: Teto frio (Chilled beams) do tipo Ativo Circuito de baixa temperatura de A.G F (7-12 C) Circuito de água moderado Circuito de Alta temperature de A.G F (15-17 C) Chilled Beans Ativo 26

27 Codições de Operação: 6- Múltiplos sistemas de tratamento de ar: Teto frio (Chilled beams) do tipo Passivo Circuito de baixa temperatura de A.G F (7-12 C) Ar condicionado primário para controle de ventilação e umidade Circuito de água moderado Circuito de Alta temperatura de A.G F (15-17 C) Chilled Beans Passivo 27

28 6- Múltiplos sistemas de tratamento de ar: Sistema de insuflamento pelo piso York Airfixture (UFAD) Codições de Operação: Economia de energia total de 20 a 30% vs. tradicional sistema por duto. 26 C 25 C Menor potência nos ventiladores e menor consumo de energia devido a baixíssima pressão estática sob o assoalho (1 mmca vs mmca típico para sistemas de ar de alimentação por dutos) Mais horas de free cooling, uma vez que o ar é insuflado a 18 C, utilizando água gelada a 13 C apartir de um AHU vs. o tradicional de 13 C de insuflamento do ar para 7 C da água gelada de um sistema de dutos. Eficácia na distribuição de ar, com menos ar exterior e mesma qualidade de Ar interior. 24 C 18 C 28

29 Proporcione um ambiente saudável e confortável! Reduza custos operacionais utilitidades, manutenção e trabalho! BAS System (Sistema Metasys ) - Permite o acesso fácil aos dados de qualquer ponto e em qualquer tipo de de dispositivo móvel, reduzindo os custos trabalhistas e aumentar a satisfação do cliente e usuários. -Relatórios interativos, permitindo o rápido diagnóstico e solução de problemas. AHU & FCU Controles e acessórios podem ser fornecidos de fabrica.(fsc) - Melhor Qualidade de ar interior - Menor custo em trabalho de campo - Menor prazo de entrega do projeto - Cabeamento elétrico consistente, - Alta qualidade padronizada de instalação. 29

30 7- Controles Central de HVAC & BMS (Sistema Metasys MEA Arquitetura Nativa) Estações de Trabalho Servidor ADS WiFi TCP/IP Gerenciadoras MSTP BACnet N2 LON MSTP BACnet Caixa VAV FEC VAV Ar-Cond. de sala Caixa VAV FEC Chiller Controladoras de Campo 30

31 7- Controles Central de HVAC & BMS (Sistema Metasys MEA Arquitetura Nativa) HT loop chillers LT loop SCF chillers Metasys Medição da eficiência instantânea: Jan :38 PM => Central de A.G kw/tr (Chillers kw/tr + Bombas + Ventiladores da Torre kw/tr) 31

32 8- Estudo de Caso: JEM - Singapura Projeto mais eficiente de uma central de água gelada da Johnson Controls Eficiência da Central de HVAC: kw/ton 32

33 8- Estudo de Caso: JEM - Singapura Projeto mais eficiente de uma central de água gelada da Johnson Controls Um dos mais constantes climas tropicais: Singapura tem um clima quente e úmido 33

34 8- Estudo de Caso: JEM - Singapura Projeto mais eficiente de uma central de água gelada da Johnson Controls Nome do prédio: JEM Endereço: 50 Jurong, Gateway Rd Código Postal : Tipo de Prédio: Misto de Varejo & Escritorios Área Bruta de Piso (GFA) 108,169 m² Área Condicionada 94,786 m² 34

35 8- Estudo de Caso: JEM - Singapura Eficiência de uma Central de AG. exemplar com kw/ton (with R134a) Escopo do projeto: YORK 2 x 2000TR Vazão em Série e Contrafluxo (SCF) YORK 1 x 1000TR VSD + 1 x 500TR VSD YORK Climatizadores e demais unidades de tratamento do ar Fluido Refrigerante: R134a Consultoria em TI Metasys Building Management System ICT Solução de Convergência Resumo do projeto: Desenvolvimento misto com Varejo & Escritórios Conclusão completa: 2013 BCA Green Mark Platinum com uma eficiência da central de água gelada de 0.55 kw/tr Desempenho real da planta de água gelada: kw/ton Participantes do projeto: Proprietário: Lend Lease Projetista: Bescon Sumário da performance da central de água gelada Source: JEM Operating System Efficiency Report: Page 10/10 dated 21 st Feb JEM é conhecido como o mais verde edifício" em Singapura (2013)

36 8- Estudo de Caso: JEM - Singapura Projeto mais eficiente de uma central de água gelada da Johnson Controls Eficiência da central de água gelada vs. a carga térmica Real Projetada Eficiência do Sistema ( kw/tr) Carga Térmica em TR 36

37 8- Estudo de Caso: JEM Singapura Prêmio de Sustentabilidade Recebeu o primeiro certificado Platinum Green Mark para um prédio de uso misto. Elevando o nível em excelência em eficiência energética para sistemas de HVAC em Singapura. Performance requerida para se qualificar no mais alto grau pelo Singapura Green Mark (Platina) Eficiência da Central de HVAC (Chiller + Bombas + Vent. da Torre) 0.65 kw/tr kw/tr (JEM) Melhor eficiência de planta entregue pela Johnson Controls ultrapassando as expectativas do cliente e definindo novo padrão no mercado de Singapura. 37

38 Johnson Controls - FEBRAVA Seminário Técnico Conclusoes: QAI e baixos custos operacionais não são incompativeis. A optmização do projeto de HVAC com a implementação de estratégias de aumento de eficiência podem eliminar o aumento de consumo de energia requerido para atender normas de QAI. Benefícios do aumento de QAI Maior produtividade Maior assiduidade Menos doenças respiratórias e alérgicas Menos litígios judiciais Aumento de eficiência por redução do Lift do sistema Separação de cargas (latente e sensível) Reset de temperaturas do sistema (água gelada e condensação) Revisão no selecionamento de serpentinas dos AHU. Revisão no selecionamento do approach: de torre de condensação. Uso de chillers em série e contra-fluxo. Uso de climatização por vigas frias e insuflamento pelo piso. Uso de sistemas de automação/optimização da central de água gelada. kw/ton kwh Custos Operacionais $$$ 38

39 Fábrica Sorocaba, SP Ar Condicionado e Refrigeração Obrigado ciro.cruz@jci.com Qualidade de Ar Interior com equipamentos e projeto inteligente.