sistemas de climatizacão por condensacão a ar…
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Msc. Eng. Fernando Pozza
Sistemas de Climatização por Condensação a Ar:
Maximizando o Desempenho do Sistema em Cargas
Parciais Através da Análise do Perfil de Temperaturas
Externas
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;
Fonte: ABESCO (08/2015)
Consumo de Energia Por Setores x
E. Energética
• No setor comercial e de serviços a climatização representa um
consumo de energia em média de:
Climatização
Climatização
Climatização
Climatização
Climatização
Fonte: Revista ABRAVA – climatização + refrigeração (n° 08/2014)
Consumo de Energia Por Setores x
E. Energética
• No setor industrial a climatização representa um consumo de energia
de até 65% do consumo para 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
Setor da IndústriaEnergia Elétrica Utilizada em
Refrigeração
Processamento de Leite 25%
Cervejarias 35%
Chocolate 40%
Alimentos Congelados 60%
Armazéns Frigorificados 85%
Consumo de Energia Por Setores x
E. 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 e Especificado para obter um maior
desempenho???
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.
Eficiência em Cargas Parciais
1 - 2% das
horas anualKcal/h
Importância da Operação em Cargas Parciais de
Equipamentos de Ar Condicionado
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.
Fator de Carga Térmica Para Algumas Aplicações
Perfil de Carga Térmica Típica de Edificações
Importância da Operação em Cargas Parciais de
Equipamentos de Ar Condicionado
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
,,
PARA SER POSSÍVEL OPERAR TECNICAMENTE:
1°) VALVULA DE EXPANSÃO ELETRÔNICA;
Influência da Temperatura de Condensação
no Desempenho em Cargas Parciais
,,
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
32 aletas
Espaço entre as aletas 30% menor
VRV InovaAlta
Eficiência
VRV Padrão
Importância do TC - CondensadorTrocador 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!Menor Ruído
Importância do TC - Condensador
A Daikin projeta os módulos com maior área de troca térmica e
com vazão de ar externo através da serpentina igual ou maior que os
módulos de mesma capacidade dos demais fabricantes do mercado;
Com isso obtém U.E para o sistema VRV com maior
desempenho e mesmo assim compactas e com menor nível de ruído
em relação aos demais concorrentes;
Menor nível de ruído pois trabalha forte nas questões
aerodinâmicas do ventilador e serpentina, além de que com maior área
de face das serpentinas reduz a velocidade do ar e com isso também
reduz a perda de carga no lado do Ar;
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 dos
compressores
Consumo total
Consumo dos
ventiladores
Co
nsu
mo
(kW
)
Pressão de Condensação
Melhor valor de
pressão para alcançar
o melhor COP da
unidade
o controlador deve
estar habilitado
para modular nas
condições de
trabalho para
alcançar o ponto de
maior eficiência.
Importância da Tecnologia do Compressor
e
SLIDING VALVE para VVRINVERTER
Para otimização da eficiência do Compressor
Para modulação infinita de capacidade
Nova Tecnologia de Compressor para Chillers de:
200 - 515 TR (linha ATS de 50 a 200 TR já possui VVR)
Para um melhor desempenho em qualquer condição de operação
Importância da Tecnologia do CompressorNova Tecnologia de Compressor para Chillers de:
200 - 515 TR (linha ATS de 50 a 200 TR já possui VVR)
Razão de Volume Variável (VVR) Relação de Volume Variável (VVR) Uma válvula de deslizamento éposicionada pelo controlador em duaspossíveis posições, alterando a razãodo volume do compressão e ageometria no lado de descarga.
O efeito desta operação é aotimização da eficiência docompressor, conforme a atualcondição de operação.
Posição A: Razão de Volume 2.0 Baixa razão de pressão
A
A
B Posição B: Razão de Volume 3.0 Alta razão de pressão
Sucção
DescargaB
Geometriade Descarga
Seção de Descarga
Importância da Tecnologia do Compressor
Pressão de Condensação
Baixa Razão de Pressão
Alta Razão de Pressão
Pressão de Evaporação A B
Posição A: Razão de Volume 2.0 Baixa razão de pressãoA
B Posição B: Razão de Volume 3.0 Alta razão de pressão
Razão de Volume Variável (VVR)
Importância da Tecnologia do CompressorNova Tecnologia de Compressor para Chillers de:
200 - 515 TR (linha ATS de 50 a 200 TR já possui VVR)
Razão de Volume Variável (VVR)
Efic
iên
cia
do
Co
mp
ress
or
Razão de Pressão
VR 3.0 VR 2.0
A eficiência do compressor é otimizada com Razão de Volume Variável emqualquer condição de trabalho, graças a:• Sliding valve móvel• Avançado software do
controlador
…como se tivesse
2 compressores em 1
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).
Mais de 7.000 h
abaixo de 23°C
Perfil da Temperatura Externa de Curitiba/PR
- 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).
39107
278
748
1513
2231
1810
1078
603
297
550 0
0
500
1000
1500
2000
TEMPERATURA BIN - ANUAL PARA A CIDADE DE CURITIBA
n° de horas do ano
TO
TA
L D
E H
OR
AS
NO
AN
O (
h)
TEMPERATURA EXTERNA, TBS (°C)
Mais de 7.800 h
abaixo de 23°C
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
TBS – São Paulo - SP
5,81 5,67 5,485,21
4,69
4,203,76
3,31
8,017,79
7,17
6,47
5,88
5,32
4,824,45
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0
0
500
1000
1500
2000
2500
DESEMPENHO EM CARGA PLENA DE UM VRV - 24 HP (100% SIMULTANEIDADE)
n° de horas do ano Desempenho VRF Padrão (24 HP) Desempenho VRV Alto Desempenho (24 HP)
TOTA
L D
E H
OR
AS
NO
AN
O (
h)
CO
P (
kW/k
W)
TEMPERATURA EXTERNA, TBS (°C)
38%
SUPERIOR
Desempenho - Chiller de 300 TR – AR - SP
TBS – São Paulo - SP
6,476,1
5,67
5,264,87
4,494,14
3,83,48
4,96
4,534,17
3,873,6
3,353,12
2,892,67
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
0
500
1000
1500
2000
2500
DESEMPENHO DE UM CHIILER CONDENSAÇÃO A AR PARA 300 TR
n° de horas do ano Desempenho Chiller Inverter Desempenho Chiller Padrão
TOTA
L D
E H
OR
AS
NO
AN
O (
h)
CO
P (
kW/k
W)
TEMPERATURA EXTERNA, TBS (°C)
36%
SUPERIOR
ICOP – AHRI 1230: A forma mais fácil de comparar o desempenho em Cargas
Parciais entre dois sistemas VRV de mesma capacidade
Desempenho em Cargas Parciais
Pesos:
A = 0.02 (2%)
B = 0.617 (61,7%)
C = 0.238 (23,8%)
D = 0.125 (12,5%)
ICOP = A*COP100% + B*COP75% + C*COP50% + D*COP25%
2,0%
61,7%
23,8%
12,50%
0,0%
10,0%
20,0%
30,0%
40,0%
50,0%
60,0%
70,0%
A - 100% B - 75% C - 50% D - 25%
PES
O -
% D
E O
PER
AÇ
ÃO
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
IPLV – AHRI 550/590: A forma mais fácil de comparar o desempenho em Cargas
Parciais entre dois Chiller de mesma capacidade
Desempenho em Cargas Parciais
IPLV = A*COP100% + B*COP75% + C*COP50% + D*COP25%
PONTOCARGA
(%)
%
OPERAÇÃO
COND.
EXTERNA
ÁGUA
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
1,0%
42,0%45,0%
12,00%
0,0%
5,0%
10,0%
15,0%
20,0%
25,0%
30,0%
35,0%
40,0%
45,0%
50,0%
A - 100% B - 75% C - 50% D - 25%
PE
SO
-%
DE
OP
ER
AÇ
ÃO
PONTOS – % CARGA
Pesos:
A = 0.01 (1%)
B = 0.42 (42%)
C = 0.45 (45%)
D = 0.12 (12%)
VRV INOVA – Maior desempenho em cargas parciais do mercado - ICOP
Ideal para quem Busca:
- Diminuição dos Custos Operacionais
- PEE Concessionárias
- Certificação LEED: Silver, Gold,
Platinum
- Retrofit: equipamentos antigos
Para Comparação:
- Split Normal: ICOP 3,67
- Splitão: ICOP 3,5
- VRV INOVA: ICOP 7,19
Desempenho em Cargas Parciais
COP – Relacionado a Demanda (kW) ICOP – Dita o Consumo (kW.h)
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
8 10 12 14 16 18
CO
P
HP
VRV III VRV INOVA
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0
8 10 12 14 16 18
IEE
R -
ICO
P
HPVRV III VRV INOVA
Nível de Ruído x Desempenho x Estética
Nível de Ruído e Eficiência…
Alguns métodos utilizados para reduzir o nível de ruído ou melhorar a estética
(projeto) em sistemas de condensação a ar podem afetar o desempenho:
Redução da Rotação
dos VentiladoresIsolamento/Restrições
Externas
Redução da Vazão de Ar Através da Serpentina
Aumento da Temperatura de Condensação
Redução da Capacidade de Resfriamento e Aumento da Potência Elétrica
Redução
do COP
Nível de Ruído x Desempenho x Estética
Nível de Ruído x Eficiência x Estética em Sistema VRV…
Para sistemas VRV outras tecnologias, além de maior área de troca térmica;
maior vazão de ar; aerodinâmica, foram implantadas para operação
silenciosa, manter o desempenho e possibilitar projetos mais sofisticados:
Duto
Duto
Grelha
Janela
Descarga
Sucção
Possibilidade de ajuste da Pressão Estática Externa na U.E
Observar as velocidades da tomada de Ar externo através das venezianas
Operação Silenciosa
Modo Noturno:Redução da Rotação dos
Ventiladores:
Redução de até 17 dB(A)
ex: 63 dB(A) para 46 dB(A)
Nível de Ruído x Desempenho x Estética
Nível de Ruído x Eficiência x Estética em Sistemas de Água Gelada…
Ventiladores
(ruído aerodinâmico)
Compressores
(ruído mecânico) Estrutura Rígida
e Invólucro
O que geralmente fazem para reduzir o ruído???
Aplicam medidas externas ao chiller:
- Enclausuramento Acústico
- Barreira Acústica
Nível de Ruído x Desempenho x Estética
Nível de Ruído x Desempenho x Estética
Todas estas tecnologias agregam desempenho, qualidade,
flexibilidade e confiabilidade ao equipamento!!!
Porém, com todas estas caraterísticas os equipamentos
de alto desempenho são viáveis financeiramente?
PREMISSAS:
Avaliação Energética - ROI
• Aplicação hotel RJ: Áreas Comuns, Lobby e Quartos;
• Operação 24 horas por dia – 360 dias por ano;
• Fator de carga térmico fora de ponta: 60%;
• Fator de carga térmica na ponta: 50%;
• Carga térmica simultânea de 85% da capacidade instalada;
• Tarifa: subgrupo A4 verde – Concessionária Light;
• Sobre a tarifa de energia foi aplicado ICMS de 25%; PIS/COFINS de 3,33 %;
• Custo anual estimado com manutenção no valor de R$ 92/TR/ano (TR instalado) paraos equipamentos Daikin e de R$ 115/TR/ano para VRF Concorrente;
• Investimento em equipamentos do Concorrente: R$ 550.000,00;
• Investimento em equipamentos Daikin: R$ 750.000,00;
Avaliação Energética - ROI
PREMISSAS:
Unidade Condensadora VRV
Modelo MarcaCapacidade
(HP)Quant. Tensão
Potência
Elétrica
(kW)
COP%
SuperiorICOP
%
Superior
24 HP - 241
380
380
19,79 3,41 4,29
RHXYQ24AYL DAIKIN 24 14,8 4,54 33,1% 7,82 82,3%
28 HP - 286
380
380
22,22 3,51 4,36
RHXYQ28AYL DAIKIN 28 18,2 4,32 23,1% 7,63 75,0%
Tarifa Sem Imposto Com Imposto
Demanda (kW) R$ 9,13 12,738
Consumo Ponta (kW.h) R$ 0,91 1,269
Consumo F. Ponta (kW.h) R$ 0,23 0,326
• Capacidade Total Instalada em VRV: 192 HP
TARIFAS BASE NA ÉPOCA DO
ESTUDO : 12/2014
Avaliação Energética - ROI
Avaliação Energética - ROI
R$ 1.572.768,17
R$ 1.910.689,52
R$ 0,00
R$ 150.000,00
R$ 300.000,00
R$ 450.000,00
R$ 600.000,00
R$ 750.000,00
R$ 900.000,00
R$ 1.050.000,00
R$ 1.200.000,00
R$ 1.350.000,00
R$ 1.500.000,00
R$ 1.650.000,00
R$ 1.800.000,00
R$ 1.950.000,00
R$ 2.100.000,00
0 1 2 3 4 5 6
ANOS
CUSTO ACUMULADO x ROI
VRV DAIKIN VRF
PREMISSAS:
Avaliação Energética – ROI: Chiller
• 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 para os equipamentos Daikin e deR$ 161/TR/ano para o equipamento concorrente devido ao tipo do compressor;
• Investimento em equipamentos de alto desempenho: R$ 460.000,00;
• Investimento em equipamentos de baixo desempenho: R$ 200.000,00;
• Não foi considerado custo de instalação, pois, para ambos são iguais;
• Desempenho chiller Concorrente: COP de 2,88; IPLV de 3,46;
• Desempenho do chiller proposto: COP de 3,23; IPLV de 6,51;
Avaliação Energética – ROI: Chiller
PREMISSAS:
• Capacidade total Instalada em chiller: 200 TR
• Tarifas Horossazonal Azul Sem Impostos da Copel
Avaliação Energética – ROI: Chiller
Avaliação Energética – ROI: Chiller
CONCLUSÕES• Equipamentos de climatização com alto desempenho, quando comparados
com equipamentos novos mas de eficiência padrão (baixo custo), podemdiminuir os custos operacionais com energia de 20% a 40 % para as condiçõesde operação da região Sul e grande parte do Sudeste;
• Equipamentos de climatização com alto desempenho, quando comparados comequipamentos antigos, podem apresentar uma redução dos custos com energiana ordem de 30 a 50% ao longo de um ano;
• Equipamentos de condensação a AR de alta desempenho emcargas parciais são viáveis tecnicamente e financeiramente, alémde uma maior qualidade e confiabilidade.
• Faltará energia somente se os governantes, empresários e população em geralquiser, pois se utilizar equipamentos de alta eficiência e com inversor oconsumo de energia no Brasil pode reduzir drasticamente;
• Atualmente tem uma série de tecnologias para sistemas de condensação a ARpara conferir desempenho com baixo nível de ruído e ainda proporcionarflexibilidade para projetos arquitetônicos sofisticados;
Gaste menos energia hoje e
compartilhe mais no futuro !!
Obrigado!
Msc. Eng. Fernando Pozza
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