Energy Management :: 2007/2008

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1 :: 2007/2008 Class # 11P RSECE Prof. João Parente joao.parente@dem.ist.utl.pt Gonçalo Cardoso goncalo.cardoso@ist.utl.pt l

2 RSECE Framework RSECE : : Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios DL79/2006 (revoga DL118/1998). Entrada em vigor a 1 de Julho de 2006 Novos c/ sistemas de climatização Pnom > Pm* = 25 kw Grandes Existentes Centros comerciais, supermercados, hipermercados, piscinas aquecidas cobertas: Aútil* > 500 m 2 Outras tipologias: Aútil* > m 2 Serviços Pequenos Existentes Novos sistemas de climatização c/ Pnom > Pm* = 25 kw Edifícios RSECE Existentes Grandes Intervenções de reabilitação (envolvente e/ou sistemas energéticos) em que C > 25% Cref* (= 630 EUR/m 2 ) Novos c/ sistemas de climatização Pnom > Pr* = 25 kw Residenciais i i Existentes Novos sistemas de climatização c/ Pnom > Pm* = 25 kw Grandes Intervenções de reabilitação (envolvente e/ou sistemas energéticos) em que C > 25% Cref* (= 630 EUR/m 2 ) * Valores sujeitos a actualização por portaria Class # 10P :: RSECE Slide 2 of 53

3 RSECE Limits NOVOS SERVIÇOS GRANDES Envolvente : : U e Fs RCCTE Consumo Nominal Global Específico : : Simulação Dinâmica (e.g. E+) IEE IEEmax RESIDENCIAIS Envolvente : : U e Fs RCCTE Nic 80%Ni,RCCTE; Nvc 80%Nv,RCCTE Nic 80%Ni,RCCTE Nvc 80%Nv,RCCTE SERVIÇOS PEQUENOS Envolvente : : U e Fs RCCTE Consumo Nominal Global Específico (Ntc; Nic; Nvc) : : Simulação Simplificada (STE) Nic 80%Ni,RCCTE Nvc 80%Nv,RCCTE IEE IEEmax EXISTENTES SERVIÇOS GRANDES Envolvente : : U e Fs RCCTE Consumo Nominal Global Específico : : Auditoria Energética (PQ) Se IEE > IEEref Plano Racionalização de Energia (PRE) SERVIÇOS GRANDES REAB Envolvente : : U e Fs RCCTE Consumo Nominal Global Específico : : Simulação Dinâmica (e.g. E+) IEE IEEmax SERVIÇOS PEQUENOS REAB Envolvente : : U e Fs RCCTE Consumo Nominal Global Específico (Ntc; Nic; Nvc) : : Simulação Simplificada (STE) Nic 80%Ni,RCCTE Nvc 80%Nv,RCCTE IEE IEEmax IEE : : Indicador de Eficiência Energética por tipologia (kgep/(m 2.ano)] IEE = IEEI + IEEV + Qout/Ap Fracção fornecida por energias renováveis não é contabilizada! Class # 10P :: RSECE Slide 3 of 53

4 RSECE IEE IEE : : Indicador de Eficiência Energética por tipologia (kgep/(m 2.ano)] Fracção fornecida por energias renováveis não é contabilizada! IEE = IEEi + IEEv + Qout/Ap Aquecimento Arrefecimento Outros consumos IEEi = (Qac / Ap) * Fci kgoe/m 2 year Qac :: consumo de energia de aquecimento (kgoe/year) IEEv = (Qarr / Ap) * Fcv kgoe/m 2 year Qarr :: consumo de energia de arrefecimento (kgoe/year) Fci :: factor de correcção do consumo de energia de aquecimento, Fci = Ni1/Nii Fcv :: factor de correcção do consumo de energia de arrefecimento, Fcv = Nv1/Nvi (adopta-se como região climática de referência a região I1 V1 norte, 1000 graus-dia de aquecimento e 160 dias de duração da estação de aquecimento) Class # 10P :: RSECE Slide 4 of 53

5 RSECE IEE Class # 10P :: RSECE Slide 5 of 53

6 RSECE Classe energética S Soma dos consumos específicos para aquecimento, arrefecimento e iluminação, conforme determinados na simulação dinâmica que deu origem aos valores limites it de referência para edifícios i novos que constam no regulamento. O valor de S não é determinado pelo Perito Qualificado, é um valor de referência que se encontra no regulamento. Class # 10P :: RSECE Slide 6 of 53

7 RSECE HAVAC Limits REQUISITOS PARA A CONCEPÇÃO DAS INSTALAÇÕES MECÂNICAS DE CLIMATIZAÇÃO NOVOS Pinst 1,4 Pproj Se Pfrac 4Pm = 100 kw Sistema de Climatização com produção térmica centralizada a) Obrigatório o recurso a sistemas de climatização que utilizem fontes de energia renováveis se PRS 8 anos Sistemas de colectores solares planos para produção de água quente sanitária (AQS) Sistemas de aproveitamento de biomassa ou resíduos, quando disponíveis Sistemas de aproveitamento da energia geotérmica, sempre que disponível Sistemas autónomos, combinando solar térmico, solar fotovoltaico, eólico, etc., em locais distantes da rede eléctrica pública b) Obrigatório ligação a redes urbanas de distribuição de calor e frio, se existirem e ER não viável e PRS 8 anos c) Obrigatório instalação de sistemas co-geração se Autil m 2 e se a) e b) não viável e PRS 8 anos Obrigatório meios de registo de consumo de sistemas de climatização Obrigatório Sistema de Monitorização e Gestão de Energia Sistema de Monitorização se Pnom,i,v 4Pinst = 100 kw Sistema de Gestão de Energia se Pnom,i,v 8Pinst = 200 kw Sistema degetsão de Energia c/ optimização centralizada da parametrização se Pnom,i,v 10 Pm = 250 kw Class # 10P :: RSECE Slide 7 of 53

8 RCCTE Example RSECE - Example A multi national company is going to setup in Portugal one franchising in Bragança. The delegation has a show room and two open space working areas. The following alternatives are being considered for: 1) Artificial Lighting g( (Target 300 lux): a) florescent lamps without active control b) b) florescent lamps with active control (dimmers) (85% reduction in energy consumption); 2) Heating equipment: natural gas boiler (87% efficiency); 3) Cooling equipment: chiller (cop 2.5). Class # 10P :: RSECE Slide 8 of 53

9 RCCTE Example RSECE - Example Using EnergyPlus, preliminary dynamic simulations of the new franchising building design allowed estimating the expected energy demand for heating and cooling: Expected p energy demand for heating: a) kwh/year, b) kwh/year; Expected energy demand for cooling: a) 3722 kwh/year, b) 3321 kwh/year; Expected energy demand for ventilation: 2376 kwh/year; Peak demand has been estimated in 19 kwh, in correspondence of January 20 th, between 9h am and 10h am. Problem a) Indicate if this building should follow the RSECE or the RCCTE (assume the maximum value allowed for the installed power). b) If this should follow the RSECE, then, using the IEE indicator, advise the building design team on the preferable alternatives considered above. Whenever necessary use the RSECE reference patterns regarding the building use. c) Determine the energy label for this building. Zone model used with the EnergyPlus for the detailed dynamic simulations (building height ~ 3m 0.5 < FF > 1). Class # 10P :: RSECE Slide 9 of 53

10 RSECE Example RSECE Example The four measurable photometric quantities of light are: Luminous Intensity (production) CANDELA: A measure of the amount of light output by a source, the unit of which is the candela (cd) or international standard candle, defined as the intensity of a black body of 1/60 cm² area when heated to the melting point of platinum. Luminous Flux (transmission) LUMEN: The amount of light travelling in a certain direction. Its units are the lumen (lm), defined as the amount of light emitted by a 1cd point source within one unit solid angle (described later). Illuminance (incidence) LUX (LUMEN/m2): A measure of the amount of light falling on a particular surface. Its units is lux (lx), defined as equal to one lumen per meter squared (1 lm/m²) Luminance (reflection) CANDELA/m2: A measure of the brightness of a particular surface if considered as a large light source. Its units are CD/m². An alternative ti unit itis the apostilb (asb) where 1cd/m² = p asb ( ). Light source Efficiency (lm/w) Delivery efficiency Direct Su n (low altitu de) 90 Incandescent lamp (150 W) 20 40% Fluorescent lamp (40W) 80 40% Class # 10P :: RSECE Slide 10 of 53

11 RSECE Example RSECE Example RSECE reference patterns regarding the building use: Offices Class # 10P :: RSECE Slide 11 of 53

12 RSECE Example RSECE Example RCCTE reference weather data: Bragança :: I3, V2 (north) GD 2850 ºC*day FF 0,99 m 1 Ni??? kwh/m 2 year Nv 18 kwh/m 2 year I1, V1 (north) GD 1000 ºC*day FF 0,99 m 1 Ni??? kwh/m 2 year Nv 16 kwh/m 2 year 0.5 < FF > 1 :: Ni = 4,5 + (0,021+ 0,037FF) GD Class # 10P :: RSECE Slide 12 of 53

13 RSECE Example RSECE Example solution a) Climatizationi i power (installed) :: Epeak = 19 kwh (1 hour) Ppeak = 19 kw (Pinst)max = 19 kw * 1.4 = 26,66 kwh Pinst > 25 kw; Au = (8m +8m) * (10m + 7m) = 272 m 2 Nic 80%Ni,RCCTE Nvc 80%Nv,RCCTE IEE IEEmax Class # 10P :: RSECE Slide 13 of 53

14 RSECE Example RSECE Example solution b) Electricity demand for lighting (case a): (300 lux / 80 lm/w) / 0.4 = 9.4 W/m 2 Week-days: 25 kwh/m 2 * 5 days/week * 52 weeks/year = 6497,4 kwh/year Weekend: 3 kwh/m 2 * 2 days/week * 52 weeks/year = 318,24 kwh/year Electricity demand for equipment: 15 W/m 2 (RSECE offices) Week-days: 49 kwh/m 2 * 5 days/week * 52 weeks/year = 12623,5 kwh/year Weekend: 15 kwh/m 2 * 2 days/week * 52 weeks/year = 1527,6 kwh/year Area m2 Equipment W Lighting W ZWORK ZEXPO ZIN Total Class # 10P :: RSECE Slide 14 of 53

15 RSECE Example RSECE Example solution Lighting Equipment hours Week days kwh Weekend kwh Week days kw Weekend Wh 0 5% 0,1275 5% 0, % 0,612 15% 0, % 0,1275 5% 0, % 0,612 15% 0, % 0,1275 5% 0, % 0,612 15% 0, % 0,1275 5% 0, % 0,612 15% 0, % 0,1275 5% 0, % 0,612 15% 0, % 0,1275 5% 0, % 0,612 15% 0, % 0,255 5% 0, % 1,224 15% 0, % 0,765 5% 0, % 2,856 15% 0, % 1,9125 5% 0, % 3,468 15% 0, % 2,1675 5% 0, % 3,876 15% 0, % 2,55 5% 0, % 4,080 15% 0, % 2,55 5% 0, % 3,876 15% 0, % 1,275 5% 0, % 2,856 15% 0, % 2,1675 5% 0, % 2,856 15% 0, % 2,4225 5% 0, % 3,876 15% 0, % 2,55 5% 0, % 4,080 15% 0, % 2,4225 5% 0, % 3,672 15% 0, % 1,275 5% 0, % 2,856 15% 0, % 0,765 5% 0, % 1,836 15% 0, % 0,6375 5% 0, % 1,020 15% 0, % 0,1275 5% 0, % 0,612 15% 0, % 0,1275 5% 0, % 0,612 15% 0, % 0,1275 5% 0, % 0,612 15% 0, % 0,1275 5% 0, % 0,612 15% 0,612 Total kwh/day Class # 10P :: RSECE Slide 15 of 53

16 RSECE Example RSECE Example solution Energy demand: Lighting Heating Cooling Equipment a b a b a b Ventilation W/m2 15 9,4 kwh/year kwh/m 2 year 52,03 25,06 4,26 77,35 77,44 13,68 12,21 8,74 Bragança :: I3, V2 (north) GD 2850 ºC*day FF 0,99 m 1 Ni 168,9 kwh/m 2 year 0,8*Ni 135,1 kwh/m 2 year Nv 18 kwh/m 2 year 0,8*Nv 14 kwh/m 2 year I1, V1 (north) GD 1000 ºC*day FF 0,99 m 1 Ni 62,2 kwh/m 2 year Nv 16 kwh/m 2 year Fci :: factor de correcção do consumo de energia de aquecimento, Fci = Ni1/Nii = 0.37 Fcv :: factor de correcção do consumo de energia de arrefecimento, Fcv = Nv1/Nvi = 0.89 Class # 10P :: RSECE Slide 16 of 53

17 RSECE Example RSECE Example solution Primary energy demand: kgoe/m 2 year a b IEEi 3,3 3,3 Heating 2,8 2,8 vent 0,5 0,5 IEEv 2,5 2,4 Cooling 1,4 1,3 vent 1,1 1,1 IEEo 22,4 16,3 Lighting 7,3 1,2 Equipment 15,11 15,11 IEE IEEref 35 Equipment efficiencies Boiler 0,87 Chiller 2,5 Conversion factors to primary energy: Electricity 0,29 kgoe/kwh Natural Gas 0,086 kgoe/kwh Weather correction factors FCi 037 0,37 FVi 0,89 IEEi :: IEEi_heat + IEEi_vent = (Qheat / η) * Fci * Fpu + (Qvent * 0.5) * Fci * Fpu IEEv :: IEEv_cool + IEEv_vent = (Qcool / η) * Fcv * Fpu + (Qvent * 0.5) * Fcv * Fpu (kgoe/m 2 year) (kgoe/m 2 year) IEEo :: IEEo_light + IEEo_equip = (Qlight) * Fpu + (Qequip) * Fpu Class # 10P :: RSECE Slide 17 of 53

18 RSECE Example RSECE Example solution Primary energy demand: kgoe/m 2 year a b IEEi 3,3 3,3 Heating 2,8 2,8 vent 0,5 0,5 IEEv 2,5 2,4 Cooling 1,4 1,3 vent 1,1 1,1 IEEo 22,4 16,3 Lighting 7,3 1,2 Equipment 15,11 15,11 IEE IEEref 35 S = 15 kgoe/m 2 year IEEref 0,75 * S = 23,75 kgoe/m 2 year a :: A IEEref 0,75 * S = 27,50 kgoe/m 2 year b :: A + Class # 10P :: RSECE Slide 18 of 53