Sistemas de Climatização por Condensação a Ar: Maximizando o Desempenho do Sistema em Cargas Parciais Através da Análise do Perfil de Temperaturas Externas Msc. Eng. Fernando Pozza
Situação da Energia Elétrica no Brasil - 2015
Situação da Energia Elétrica no Brasil - 2015 Tendência de aumentos crescentes na tarifa de energia elétrica. - Projeção da matriz de geração elétrica mais suja - Inserção de mais Termoelétricas
Consumo de Energia Por Setores x Eficiência Energética A climatização representa gastos em média de: 25% do total de energia gasta por hotéis; 30% do total de energia de shopping centers; e Pode chegar a 65% do consumo em algumas atividades industriais; Na parte de refrigeração industrial e comercial os gastos com energia pode chegar até 85% do total da fatura de energia: CONSUMO DE ENERGIA NAS INDÚSTRIAS Energia Elétrica Utilizada em Setor da Indústria Refrigeração Processamento de Leite 25% Cervejarias 35% Chocolate 40% Alimentos Congelados 60% Armazéns Frigorificados 85% Fonte: Revista ABRAVA climatização + refrigeração (n 08/2014)
Consumo de Energia Por Setores x Eficiência Energética Desta forma, um incremento na eficiência dos sistemas de climatização e refrigeração irá contribuir sensivelmente para redução do consumo de energia e demanda, além das emissões de GEE; Em relação a equipamentos de condensação a AR: O que deve ser observado para obter um maior desempenho de forma que as tecnologias implantadas sejam viáveis tecnicamente e financeiramente???
Importância da Operação em Cargas Parciais de Equipamentos de Ar Condicionado Kcal/h 1-2% das horas anual Eficiência em Cargas Parciais Na maior parte de tempo o Sistema de A/C (chiller, VRV, Split ) operam abaixo da capacidade nominal, variando conforme o perfil de carga térmica da construção. Quanto maior for a variação durante o ano, maior importância terá a operação deste equipamento em cargas parciais.
Importância da Operação em Cargas Parciais de Equipamentos de Ar Condicionado Fator de Carga Térmica Para Algumas Aplicações Perfil de Carga Térmica Típica de Edificações Quanto maior a variação de carga térmica e/ou da temperatura do ar externo, maior será a importância da utilização de sistemas com alta eficiência em Cargas Parciais e controle de capacidade por Inversor.
Principais Parâmetros que Influenciam no Desempenho em Cargas Parciais Temperatura de Condensação Temperatura de Evaporação
Influência da Temperatura de Condensação no Desempenho em Cargas Parciais
Influência da Temperatura de Condensação no Desempenho em Cargas Parciais PARA SER POSSÍVEL OPERAR TECNICAMENTE: 1 ) VALVULA DE EXPANSÃO ELETRÔNICA;
Importância da Válvula de Expansão Eletrônica Os sistemas de refrigeração podem trabalhar com superaquecimentos menores, em torno de 2 C sem risco de retorno de líquido para o compressor; São capazes de operar com menores pressões de condensação, o que é especialmente importante quando se tem baixa temperatura ambiente; A VEE permite um controle eficiente da capacidade e do superaquecimento, operam com baixos diferenciais de pressão e podem ser acopladas a outros sistemas de controle e monitoração; Podem resultar em economia de energia de 10% ou mais quando em comparação as VET para a mesma aplicação e uso;
Influência da Temperatura de Condensação no Desempenho em Cargas Parciais PARA SER POSSÍVEL OPERAR TECNICAMENTE: 1 ) VALVULA DE EXPANSÃO ELETRÔNICA; 2 ) MAIOR ÁREA DE CONDENSAÇÃO: Para uma dada condição externa, quanto maior for a área de condensação ou melhor for o U, menor precisa ser a temperatura de condensação (pressão de condensação equivalente) para que tenha troca térmica e portanto maior será o COP.
Importância do TC - Condensador Trocador de calor com 4 faces: Superfície de troca térmica 50% maior (Max. 235m²) Área de Superfície Maximizada Espaço entre as aletas 30% menor VRV Alta Eficiência VRV Padrão 32 aletas
Importância do TC - Condensador Trocador de calor com 4 faces com 3 filas de tubos: Eficiência 30% melhor devido à serpentina de 3 filas com tubos de cobre de menor diâmetro 3 filas com tubo de Cobre de diâmetro menor (Φ7mm) Menor perda de carga!
Influência da Temperatura de Condensação no Desempenho em Cargas Parciais PARA SER POSSÍVEL OPERAR TECNICAMENTE: 1 ) VALVULA DE EXPANSÃO ELETRÔNICA; 2 ) MAIOR ÁREA DE CONDENSAÇÃO; 3 ) INVERSOR: quando diminui a temperatura de condensação aumenta consequentemente o efeito de refrigeração do ciclo, portanto, para manter a mesma capacidade inicial deve ser reduzido a vazão de fluido refrigerante no evaporador através da redução da rotação do compressor, o que reduz a potência de eixo (consumo elétrico).
Influência da Temperatura de Condensação no Desempenho em Cargas Parciais PARA SER POSSÍVEL OPERAR TECNICAMENTE: 1 ) VALVULA DE EXPANSÃO ELETRÔNICA; 2 ) MAIOR ÁREA DE CONDENSAÇÃO; 3 ) INVERSOR 4 ) PODEROSO SISTEMA DE GERENCIAMENTO DINÂNICO;
Importância do Gerenciamento Dinâmico Consumo total Consumo dos compressores Consumo (kw) Melhor valor de pressão para alcançar o melhor COP da unidade Consumo dos ventiladores Pressão de Condensação o controlador deve estar habilitado para modular nas condições de trabalho para alcançar o ponto de maior eficiência.
Perfil da Temperatura Externa de São Paulo - Carga Térmica de projeto de verão é calculada para atender a 99,6% do tempo, ou seja, não atende apenas 35 h das 8760 horas do ano. - Temperatura de projeto para São Paulo é de 32 C (NBR 16.401).
Perfil da Temperatura Externa de Curitiba/PR TEMPERATURA BIN - ANUAL PARA A CIDADE DE CURITIBA 2231 2000 1810 TOTAL DE HORAS NO ANO (h) 1500 1000 500 0 39 107 278 748 1513 1078 603 297 55 0 0 TEMPERATURA EXTERNA, TBS ( C) n de horas do ano - Carga Térmica de projeto de verão é calculada para atender a 99,6% do tempo, ou seja, não atende apenas 35 h das 8760 horas do ano. - Temperatura de projeto para Curitiba é de 30,9 C (NBR 16.401).
Desempenho em Cargas Parciais Conforme Condições de Operação VRV INOVA 24 HP DAIKIN Capacidade: 67 KW Cond. Inter: 27 C e 19 C (TBU) CHILLER AWS DAIKIN Capacidade: 300 TR AAG: 6,67 C e RAG: 12,2 C Aplicação: comercial; parte administrativa; conforto. Aplicação: industrial; grandes cargas; processo.
Desempenho - VRV 24 HP 67 KW São Paulo 2500 DESEMPENHO EM CARGA PLENA DE UM VRV - 24 HP (100% SIMULTANEIDADE) 9,0 2000 8,01 7,79 7,17 6,47 38% SUPERIOR 8,0 7,0 TOTAL DE HORAS NO ANO (h) 1500 1000 500 5,81 5,67 5,48 5,21 5,88 4,69 5,32 4,20 4,82 3,76 4,45 3,31 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 COP (kw/kw) 1,0 0 0,0 n de horas do ano Desempenho VRF Padrão (24 HP) Desempenho VRV Alto Desempenho (24 HP) TBS São Paulo - SP TEMPERATURA EXTERNA, TBS ( C)
Desempenho - Chiller de 300 TR AR - SP DESEMPENHO DE UM CHIILER CONDENSAÇÃO A AR PARA 300 TR TOTAL DE HORAS NO ANO (h) 2500 2000 1500 1000 500 6,47 4,96 6,1 4,53 5,67 4,17 5,26 3,87 4,87 3,6 4,49 3,35 36% SUPERIOR 4,14 3,12 3,8 2,89 3,48 2,67 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 COP (kw/kw) 0 0,0 TEMPERATURA EXTERNA, TBS ( C) n de horas do ano Desempenho Chiller Inverter Desempenho Chiller Padrão TBS São Paulo - SP
Desempenho em Cargas Parciais ICOP: A forma mais simples de comparar o desempenho em Cargas Parciais entre dois sistemas VRV de mesma capacidade ICOP = A*COP 100% + B*COP 75% + C*COP 50% + D*COP 25% 70,0% 61,7% 60,0% Pesos: A = 0.02 (2%) B = 0.617 (61,7%) C = 0.238 (23,8%) D = 0.125 (12,5%) PESO - % DE OPERAÇÃO 50,0% 40,0% 30,0% 20,0% 10,0% 0,0% 23,8% 12,50% 2,0% A - 100% B - 75% C - 50% D - 25% PONTOS % CARGA PONTO CARGA % (%) OPERAÇÃO COND.EXTERNA COND.INTERNA A A - 100% 2,0% 35.0 - TBS 27.0 -TBS, 19.0 -TBU B B - 75% 61,7% 27.5 - TBS 27.0 -TBS, 19.0 -TBU C C - 50% 23,8% 20.0 - TBS 27.0 -TBS, 19.0 -TBU D D - 25% 12,50% 18.33 - TBS 27.0 -TBS, 19.0 -TBU
Desempenho em Cargas Parciais IPLV: A forma mais simples de comparar o desempenho em Cargas Parciais entre dois Chiller de mesma capacidade IPLV = A*COP 100% + B*COP 75% + C*COP 50% + D*COP 25% Pesos: A = 0.01 (1%) B = 0.42 (42%) C = 0.45 (45%) D = 0.12 (12%) PESO - % DE OPERAÇÃO 50,0% 40,0% 30,0% 20,0% 10,0% 0,0% 42,0% 45,0% 12,00% 1,0% A - 100% B - 75% C - 50% D - 25% PONTOS % CARGA PONTO CARGA % COND. ÁGUA (%) OPERAÇÃO EXTERNA GELADA A 100% 1,0% 35.0 - TBS 6,7 C B 75% 42% 26,7 - TBS 6,7 C C 50% 45% 18,3 - TBS 6,7 C D 25% 12% 12,8 - TBS 6,7 C
Avaliação Energética - ROI PREMISSAS: Aplicação Industria PR: Climatização Processo Fabril Operação 24 horas por dia 6 dias por semana Fator de carga térmica fora de ponta: 60%; Fator de carga térmica na ponta: 50%; Tarifa: subgrupo A4 azul Concessionária Copel Sobre a tarifa de energia NÃO foi aplicado ICMS e PIS/COFINS; Custo anual estimado com manutenção no valor de R$ 115/TR/ano (TR instalado) para os equipamentos Daikin e de R$ 161/TR/ano para o equipamento existente; Investimento total com equipamentos de alto desempenho: R$ 460.000,00 Não foi considerado custo de instalação; Desempenho chiller existente: COP de 2,88; IPLV de 3,46 Desempenho do chiller proposto: COP de 3,23; IPLV de 6,51
Avaliação Energética - ROI PREMISSAS: Capacidade total Instalada em chiller: 200 TR Tarifas Horossazonal Azul Sem Impostos da Copel
Avaliação Energética - ROI
Avaliação Energética ROI: Substituição de Equipamentos Antigos CUSTO ACUMULADO R$ 2.200.000,00 R$ 2.000.000,00 R$ 1.800.000,00 R$ 1.600.000,00 R$ 1.400.000,00 R$ 1.200.000,00 R$ 1.000.000,00 R$ 800.000,00 R$ 600.000,00 R$ 400.000,00 R$ 200.000,00 R$ 0,00 [VALOR Y] [VALOR Y] ATS DAIKIN CHILLER EXISTENTE 0 1 2 3 4 5 6 ANOS
Avaliação Energética ROI: Nova Aquisição CUSTO ACUMULADO R$ 2.400.000,00 R$ 2.200.000,00 R$ 2.000.000,00 R$ 1.800.000,00 R$ 1.600.000,00 R$ 1.400.000,00 R$ 1.200.000,00 R$ 1.000.000,00 R$ 800.000,00 R$ 600.000,00 R$ 400.000,00 R$ 200.000,00 R$ 0,00 [VALOR Y] [VALOR Y] ATS DAIKIN CHILLER EXISTENTE 0 1 2 3 4 5 6 ANOS
Avaliação Energética CAG COMPLETA
Avaliação Energética CAG COMPLETA Redução total do consumo de energia SUPERIOR a 45%. Redução total da demanda SUPERIOR a 38 %.
CONCLUSÕES Equipamentos de climatização com alto desempenho e com inversor, quando comparados com equipamentos novos mas de eficiência padrão (baixo custo), podem diminuir os custos operacionais com energia de 20% a 40 % para as condições de operação da região Sul e Sudeste; Equipamentos de climatização com alto desempenho e com inversor, quando comparados com equipamentos antigos, podem apresentar uma redução dos custos com energia na ordem de 30 a 50% ao longo de um ano; Faltará energia somente se os governantes, empresários e população em geral quiser, pois se utilizar equipamentos de alta eficiência e com inversor o consumo de energia no Brasil pode reduzir drasticamente; É mais barato, eficiente e rápido investir em eficiência energética do que investir na geração e distribuição de energia; Equipamentos de condensação a AR de alta desempenho em cargas parciais são viáveis tecnicamente e financeiramente, além de uma maior qualidade e confiabilidade.
Gaste Menos Hoje e Compartilhe Mais no Futuro!! Obrigado! Msc. Eng. Fernando Pozza