UNIVERSIDADE TÉCNICA DE LISBOA INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Concurso Nacional de Inovação BES Formulário de Candidatura José Gaspar Mestrado em Engenharia de Concepção Cadeira de Gestão de Projectos Professora: Elsa Henriques Setembro 2005
Área da Candidatura Energias Renováveis. Título do Projecto Sistema de Distribuição Activa de Ar Condicionado. Coordenador da Candidatura Nome completo: José Manuel Ferreira Gaspar Organização: Instituto Superior de Engenharia de Lisboa (ISEL); Instituto Superior Técnico (IST). Morada: ISEL, DEM, Rua Conselheiro Emídio Navarro Código Postal: 1949-014 Lisboa Telefone: 351 21 831 70 39; Fax: 351 21 831 72 13 E-mail: jgaspar@dem.isel.ipl.pt Telemóvel: 966053716 Descrição da Inovação (Do ponto de vista metodológico, processual, e tecnológico (máximo 1000 palavras). O objectivo deste sistema é fornecer conforto e prazer térmico aos espectadores das salas de cinema em simultâneo com ganhos em eficiência na exploração da instalação de ar condicionado. Enquanto que o conforto térmico está associado a uma temperatura homogénea por todo o espaço climatizado, o prazer térmico está intimamente ligado à experiência da variação temperatura. O sistema de distribuição activa de ar condicionado combina estes dois aspectos da experiência térmica do espaço através da distribuição localizada do ar. O prazer térmico é obtido quando o espectador se movimenta entre zonas de espaços grandes e as condições normalizadas de conforto são fornecidas quando o espectador está em repouso no seu assento. O tempo de reacção à variação da ocupação do cinema também é menor, neutralizando um prolongado e desconfortável transiente térmico. Nos últimos anos a ocupação das salas de cinema tem vindo a diminuir em Portugal, mas ao nível da Europa pelo contrário tem vindo a aumentar, devido em parte à modernização das salas de cinema. Estes espaços são locais de grande importância social, porque permitem o contacto social, a vivência em sociedade e por isso não devem ser desvalorizados. A afectividade do publico a estes espaços deve-se em primeiro lugar à experiência que tem com eles. Este projecto toca num dos aspectos dessa experiência, nomeadamente a térmica, sendo sustentavel quer no aspecto social, quer no aspecto económico (menor utilização dos recursos energéticos). A ocupação de uma sala de cinema é muito variavel, devido às estreias dos filmes, horários de exibição, sazonalidade e necessidades dos espectadores. Para além disso os espectadores apresentam preferências vincadas sobre o melhor local da sala para ver o filme. O lugar mais procurado situa-se ao meio da bancada posterior, seguindo-se depois a preferência pelas zonas laterais da mesma bancada. Este comportamento dos espectadores define a disposição das zonas alimentadas pelos plenos de insuflação localizada. Tendo diferentes zonas de climatização o sistema aproxima-se da arquitectura dos sistemas multizona. A única diferença reside no facto deste sistema
multizona se efectuar numa única sala e sem partições ou paredes a dividir as áreas climatizadas. Dividindo a sala em zonas, cada uma com menor peso estrutural, do que a sala no seu todo, gastar-se-á menos energia para vencer a capacidade térmica da zona ocupada, com um tempo de resposta maior durante o arranque da climatização sempre que esteja prevista a ocupação dessa área por espectadores. Assim para baixas taxas de ocupação a preparação da sala conta somente com o dispêndio de energia de pré aquecimento ou arrefecimento das zonas que vão ser ocupadas e não de toda a sala. Como os ventiladores de insuflação são de velocidade variável e produzem um caudal proporcional ao número de espectadores, a poupança energética é enorme para baixas taxas de ocupação (a potência consumida aumenta com o cubo da velocidade de rotação), caso particularmente importante quando a maior parte das salas de cinema funcionam com ventiladores a velocidade constante (principalmente em Portugal). Consequentemente ocorrerá uma aumento do ciclo de vida das unidades bem como uma diminuição do ruído na sala. Outra vantagem é a racionalização da energia produzida/acumulada pela insuflação do ar para a sala durante muito mais tempo, principalmente durante o ciclo de Inverno. No ciclo de Inverno, o ar quente que vem da sala é encaminhado para as unidades de tratamento de ar através do pleno de ligação 2 (fig. 1). O registo 5 (fig.2) está fechado e o registo 6 está aberto. O calor é então recuperado e transmitido ao ar fresco que vem do exterior. Quando não é necessário aquecer a sala, porque está desocupada, o registo 6 encerra a comunicação entre os plenos, de forma a armazenar a energia térmica dentro do pleno de retorno do ar viciado. Esta solução permite para além de armazenar energia térmica, aumentar também a resposta do sistema durante a preparação da sala para ocupação pelos espectadores. No ciclo de verão, o registo 6 está fechado e o registo 5 está todo aberto. O sistema de controlo e automatização 35 tem aqui um papel central, porque vai receber e processar a informação enviada pelo sistema informático da bilheteira 34 (lugares reservados, temperatura desejada, idade mínima do espectador de acordo com o tipo de filme), para depois fazer a gestão e controlo de todo o sistema de distribuição activo do ar. Face à informação recebida, o sistema tem um conhecimento antecipado da quantidade de carga térmica de arrefecimento ou aquecimento e da sua distribuição pelas zonas, antes de ocorrer a ocupação do cinema, permitindo uma rápida e adequada preparação da sala juntamente com uma racionalização dos meios. No entanto também recebe informação sobre as temperaturas 36 e caudais de ar (16-24) de cada zona de modo a corrigir as suas acções de controlo. As áreas não ocupadas (sem bilhetes reservados para os assentos dessas zonas) não são climatizadas. Mas mesmo desocupadas, podem vir a ser climatizadas porque existirá uma temperatura mínima ou máxima (de acordo com o ciclo de Inverno ou Verão) que não é a de conforto estandardizado, mas que deve ser assegurada de modo a evitar condensações, gradientes térmicos, correntes de ar que possam afectar as zonas ocupadas e provocar desconforto e problemas de saúde. Ao nível do aproveitamento da energia solar, nas figuras 7 e 8 é apresentada uma alteração ao pleno de ligação 2 (figura 1) e ao pleno de captação do ar viciado. Esta câmara consiste em perfis de betão preparados para absorver a radiação solar e aumentar a superficie de troca com o ar de modo a aumentar a transmissão de calor por convecção. A energia obtida pelo painel não é a suficiente para produzir o aquecimento para toda a sala, mas será substancialmente aproveitada para baixas taxas de ocupação, que normalmente ocorrem durante as horas de maior exposição solar, isto
porque a distribuição localizada permite canalizar a energia para os locais onde efectivamente é mais necessária. A optimização do processo de climatização pela adopção da tecnologia inteligente aqui apresentada (FIG. 6) potencia o aproveitamento racional da energia solar, que como se sabe é de dificil e onerosa aquisição.
FIG. 6
2 Fig. 7 2 1 Fig. 8
Parte A 1. Excelência científica e valor estratégico inovador da tecnologia. Posicione a tecnologia resultante do projecto na matriz seguinte de acordo com a sua qualidade científica e o seu grau de inovação, em termos nacionais ou mundiais. Ciclo de Vida da Àrea Tecnológica Apropriação da Tecnologia Emergente Crescimento Estável Declínio Ùnica-patenteada ou patenteável X Detida por uma ou poucas empresas ou instituições no mundo Dominada no estrangeiro Dominada no país Do Domínio público A tecnologia resultante deste projecto foi em primeiro lugar criada pela combinação de três distintos campos de conhecimento, nomeadamente: gestão técnica de instalações de ar condicionado; sistemas informáticos de gestão de bilhetes e acessos a espaços de entretenimento; sistemas de captação de energia solar. A área tecnológica do ar condicionado está numa fase de desenvolvimento muito mais avançada do que a área tecnológica da gestão de bilheteira. Isto pode ser constatado pela ainda fraca ou emergente adesão do público às novas tecnologias de informação, influenciando todos os produtos que se apoiam nelas (em particular para sistemas de bilhética). As tecnologias de captação da energia solar já atingiram um nível de desenvolvimento que permite a sua utilização em projectos sem grande impacto nos custos de aquisição e instalação. A intersecção inovadora destes três domínios tecnológicos, resultou num produto (ACADS) inovador e posicionado na fase emergente do seu ciclo de vida (forte componente de desenvolvimento de produto). Os sistemas de ar condicionado instalados nos espaços de entretenimento, por norma são projectados com o objectivo de manter a temperatura e humidade do espaço, o mais homogéneas possível, no espaço e no tempo. O meu produto pode tanto climatizar o espaço de forma homogênea como heterogênea, e nesto sentido se distingue de todos equipamentos existentes. O aproveitamento da energia solar é maximizado pela canalização da energia de aquecimento para as zonas da sala que efectivamente necessitam. A tecnologia requerida para este efeito é a mais barata que se pode encontrar. A captação solar também é feita atravês de num lugar inesperado (uma parede oca virada para sul, sendo uma das faces, vidrada e a outra em betão). Todos estes aspectos da tecnologia contribuem para ser única e portanto emergente.
2. Carácter inovador do produto, processo ou serviço. Posicione o potencial da aplicação da tecnologia de acordo com o grau de inovação que pode introduzir em processos (de fabrico e de negócio), e nos produtos e serviços subsequentes oferecidos ao mercado. Melhoria e Produto / Serviço Melhoria do Processo Radical Nova Família Novo produto ou serviço Alteração radical Nova geração de processos Novo processo Mudança Incremental Impacto nos custos ou estratégia Incremental X X Os espaços climatizados com este produto são todos aqueles que tem como objectivo o entretenimento público, nomeadamente: cinemas; teatros; pavilhões; multiusos; auditórios; salas de concertos. As salas são climatizadas com sistemas de volume constante ou variável do ar. Os sistemas de velocidade variável do ar insuflado são os mais eficientes. Neste aspecto verifica-se que ao nível nacional a maior das preferências estão do lado dos sistemas de velocidade constante, que apresentam a vantagem de ter um custo inicial mais baixo, mas com custos de operação mais elevados (principalmente na componente energética). O produto ACDAS é uma evolução dos sistemas VAV. A única diferença é que são sistemas mais inteligentes baseados na informação da bilheteira. Como resultado os sistemas VAV são optimizados, obtendo-se melhores rendimentos, menor ruído e aumento do ciclo de vida. O produto pode ser aplicado de duas maneiras: - De raiz, ou seja, ao nível do projecto arquitectónico e com a integração total dos conceitos ACADS. Neste caso o mercado visado é o das novas infraestruturas, que tentam satisfazer requisitos de sustentabilidade e prestação sofisticada dos seus serviços; - Actualização de uma sala já existente, quer tenha um sistema de ventilação constante ou variável, com insuflação pelo tecto ou pelo chão. Neste caso ocorre uma actualização do processo e do serviço. O mercado visado é o de espaços cuja instalação avac esteja no fim do seu ciclo de vida e que está em vias de proceder a uma actualização das suas instalações de ar condicionado;
3. Benchmarking com tecnologias alternativas Sublinhe o caracter distintivo da tecnologia e as potenciais vantagens comparativas - custos, tempos, qualidade, ambiente, etc., relativamente às tecnologias concorrentes actuais ou emergentes nos produtos-mercado de potencial aplicação. < Justificação (máximo 300 palavras) > As simulações e comparações energéticas foram feitas para a situação de arrefecimento/verão (o software utilizado tem esta limitação). Para cada tipo de sistema: CAV, IC: Volume Constante de Ar com Insuflação pelo Chão; CAV, IT: Volume Constante de Ar com Insuflação pelo Tecto; VAV, IC: Volume Variável de Ar com Insuflação pelo Chão; VAV, IT: Volume Variável de Ar com Insuflação pelo Tecto. Apresentam-se os seguintes resultados: CAV, IC: CAV, IT: VAV, IC: VAV, IC: 3088,3 /year; 2413,7 /year (21,84 % less); 636,6 /year (79,39 % less); 594,4 /year (80,75 % less). Como se pode verificar os sistemas de variação de velocidade do ar apresentam elevados ganhos em eficiência. No entanto estes resultados só são alcançados no caso de se saber antecipadamente o perfil de ocupação da sala (o software de simulação possui perfis de ocupação da sala, para um caso típico). Mesmo colocando estes perfis num automato, o erro da estimativa ainda é grande, porque não se trata de uma informaçao em tempo real, dinâmica. Só como a solução aqui apresentada se conseguirá aproximar as eficiências simuladas, às reais. Enquanto que os sistemas VAV clássicos são reguláveis pela temperatura da sala, o sistema VAV que aqui se propõe é regulado pela temperatura e pela informação em tempo real (e estimada recorrendo ao histórico) cedida pelo software de bilhética. Todos os sistemas aqui apresentados funcionam a 100 % de caudal de ar novo. Isso implica que todo o ar que entra na sala é tratado pela uta. Assim, na situação de inverno, elevadas energias para o aquecimento da sala são dispendidas uma vez que o ar exterior está a uma temperatura bastante inferior à da sala. A factura energética devida só ao aquecimento é muito superior, como se pode verfificar pelos seguintes resultados: CAV, IC: VAV, IT: CAV, IT: VAV, IC: 35055 kwh / year (16709 kwh/y para arrefecimento); 0 kwh / year (não simulado); 57783 kwh / year (9431 kwh/y para arrefecimento); 0 kwh / year (não simulado). Todas estas simulações foram feitas para distribuição central. No caso de uma distribuição localizada e com aprovaitamento da energia solar, obviamente que as energias requeridas para o aquecimento são muitos inferiores, principalmente para taxas de ocupação pequenas.
Parte B 4. Impacto potencial da tecnologia na competitividade empresarial Avalie o impacto da tecnologia na competitividade da empresa ou empresas receptoras, em termos de: - Potencial de aplicação dos resultados do projecto em produtos, processos e serviços inovadores,transaccionáveis no mercado global em regime livre de concorrência; < Justificação (máximo 300 palavras) > - potencial aumento de competitividade da empresa, estimado em termos do aumento esperado do valor acrescentado, volume de vendas, redução de custos, quota de mercado ou novos segmentos a atingir (no caso de novos mercados, justifique a sua existência ou emergência e pronuncie-se sobre a sua dimensão e facilidade de penetração); < Justificação (máximo 300 palavras) > - contribuição para plataformas tecnológicas internas, enquadradas na estratégia da empresa. < Justificação (máximo 300 palavras) >
5. Credibilidade da empresa, instituição de I & D ou inventor Curriculum vitae resumido do responsável técnico e científico do projecto. (máximo 1 página A4) Formação Académica 2004/2005 Instituto Superior Técnico (IST) Frequência no Mestrado em Engenharia de Concepção; 2003 Instituto Superior de Engenharia de Lisboa (ISEL) Licenciatura em Engenharia Mecânica; 1999 - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa (ISEL) Bacharelato em Engenharia Mecânica; Carreira Profissional 2004/2005 - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa (ISEL) Secção de Refrigeração e Ar Condicionado. Assistente de 1º Triénio; 1999/2004 Instituto Superior de Engenharia de Lisboa (ISEL) Secção de Refrigeração e Ar Condicionado. Encarregado de Trabalhos, responsável pelo apoio às cadeiras que pertencem a esta secção; 1999/2003 - Encarregado de Trabalhos, responsável pela criação de ensaios laboratoriais de apoio às cadeiras teóricas da secção. Comunicações 2002 - J.M.F.Gaspar. "Correcção do Perfil de Radiação Solar Incidente Nas janelas do Edifício a Climatizar". 1º Encontro de Ar Condicionado e Frio Industrial no Ensino Superior Universitário e Politécnico", Portugal Colaboração com empresas 2004/2005 - Participação na acreditação das unidades de tratamento de ar da Sandometal, realizando ensaios térmicos com equipamento de monitorização da secção de Refrigeração e Ar Condicionado. Currículo da equipa de projecto. (máximo 1 página A4) Justificação da capacidade técnica e de mercado da empresa, instituição de I&D ou inventor, avaliada preferencialmente através do seu portfolio de tecnologias-produtomercado semelhantes às que o projecto endereça. (máximo 1 página A4).