Projeto Demonstrativo para o GerenciamentoIntegrado no Setor de Chillers
CAG Otimizada para Sistemas comVigas Frias, Resfriamento Dedicado
de Ar Externo e Chillers em Série
Execução Implementação Realização
Eng. Francisco Dantas – Interplan27/04/2016 – São Paulo
PARTE I CENÁRIO MUNDIAL ENERGIA X EMISSÕES
PARTE II EFICIENTIZAÇÃO ENERGÉTICAERV – DOAS – DCV - VAV
PARTE III PREPARAÇÃO PSICROMÉTRICADESACOPLAMENTO SENSÍVEL X LATENTE
III. 1III. 2
THIC POR DESSECAGEMTHIC POR RESFRIAMENTO PROFUNDO
PARTE IV INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS RADIANTES
IV.1IV.2
VIGAS FRIASPISO FRIO RADIANTE
PARTE V OTIMIZAÇÃO TERMODINÂMICAESCALONAMENTO DA PRODUÇÃO FRIGORÍFICA
ABORDAGENS
CO-GERAÇÃO COM CHILLER : .........120°CSEM CO-GERAÇÃO : ..........................500°C
DESCARGA DE GASES PARA O EXTERIOR
DESCARGA DOS GASES
(VAI AO PROCESSO)
ÁGUA GELADA(VEM DO PROCESSO)
ÁGUA GELADA
MOTOR A GÁSGERADOR
INTERFACE PARAÁGUA QUENTE PREDIAL
RECUPERADOS 100¨%
E TURBOÓLEO
RECUPERADOS 100¨%
BLOCO
CHAMINÉ
SIMPLES EFEITOCHILLER ABSORÇÃO
ENERGIA ELÉTRICAEVITADA
DUPLO EFEITOCHILLER ABSORÇÃO
(VAI AO PROCESSO)
ÁGUA GELADA(VEM DO PROCESSO)
ÁGUA GELADA
V3V
V3V
PERDAS TOTAIS = 10%
DESUMIDIFICADOR
PARA PROCESSO
120°C
GÁS NATURALENTRADA
CHAMINÉ
REDUÇÃO 37% + 11% = 48%
ENERGIA ELÉTRICA PARA UTILIDADES
ENERGIA ELÉTRICA EVITADA
AR SECO
50°C
500°C
500°C
PARA PROCESSO
AR ÚMIDO
SISTEMAS TERMICAMENTE ATIVADOS:TRANSFORMANDO ENERGIA QUE SEDEGRADARIA, EM ENERGIA NOBRE
TECNOLOGIAS DE EFICIENTIZAÇÃOTECNOLOGIAS DE EFICIENTIZAÇÃO
Fonte: http://doas.psu.edu/DOE_report.pdf
RETORNO
27.168 L/s
DUTO DE RETORNO
FILTRO PLANOFILTRO BOLSA
14,6°C13.350 L/sVEM DA UNIDADE DE
TRATAMENTO DE AR EXTERNO
9,0°C
19,0°C
SERPENTINA
CAIXA DE MISTURA
VENTILADOR DEINSUFLAMENTO
40.518 L/s
MÓDULODISTANCIADOR
ATENUADOR DE RUIDO DUTO DEINSUFLAMENTO
15,0°C / 12,7°C40.518 L/s
1.8
0m
PISO
24,0°C50% UR
24,0°C
ENTRADA DE ÁGUA
SAIDA DE ÁGUA
6,0 g/Kg
INSUFLADOR9,3 g/Kg13,6°C
8,2 g/Kg
9,3 g/Kg
carga latente interna = 133.533 W ( 114.838 Kcal/h )vazão de insuflamento = 40.518 L/s ( 145.865 m /h )3
x = 114.838 Kcal/h0,72 x 145.865 m /h3 = 1,1 g/Kg
ATENUADOR DE RUIDO
24,0°C50% UR
14,6°C /
9,3 g/Kg
9,3 g/Kg
SISTEMA DE RESFRIAMENTOEXEMPLO TÍPICO
D I S
T R
I C
T C
OO
L I N
G
TECNOLOGIAS DE EFICIENTIZAÇÃOTECNOLOGIAS DE EFICIENTIZAÇÃO
Fonte: http://doas.psu.edu/DOE_report.pdf
(15,3 °C/5,7g/kg) (33,0 °C/5,7g/kg)(52,0 °C/5,7g/kg)
(26,4 °C/13,2g/kg)
(32 °C/18,8g/kg)
SISTEMA DE TRATAMENTO DO AR DE RENOVAÇÃO
33
5,7
52
13,2
18,8
26,4 320
1
2
3
4
5
7
8
9
10
11
12
14
15
16
17
18
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
10 15,3 20 25 30 35 40 45 50 55
10
15
20
25
30
100
95
90
85
80
75
70
65
60
55
50
45
40
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
Relat
ive H
umidi
ty
2530
3540
Enth
alpy
At S
atur
atio
n kJ
/kg
Dry
Air
Wet
Bulb
or S
atur
ation
Tem
pera
ture °
C
Dry Bulb Temperature °C
Moi
stur
e C
onte
nt g
/kg
Dry
Air
0.85 0.90
1
3
2
45
Barometric Pressure 101.325 kPa SEA LEVEL
PSYCHROMETRIC CHART - NORMAL TEMPERATURESSI METRIC UNITS
TRECHO 1 - 2: RECUPERAÇÃO DE ENERGIA
TRECHO 2 - 3: DESSECAGEM
TRECHO 3 - 4: RESFRIAMENTO NATURAL
TRECHO 4 - 5: RESFRIAMENTO NA C.A.G.
17
26
21
23
TRECHO 10 - 7: EVULUÇÃO NO AMBIENTE
MISTURA AR RECIRCULADO / AR RENOVADOPONTO 10:
(g/k
g ar
sec
o)
15,316,5 24
12
10
8
9
6 5,75
7
11
0
Umid
ade
Abso
luta
45
79
108
65
1540
26,425
0.85
10 20
Temperatura de Bulbo Seco °C
35
30
10
40
0.80
CARTA PSICROMÉTRICA - TEMPERATURAS NORMAISSISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADESPressão Barométrica 101.325 kPa Nível do Mar
TRECHO 5 - 6: REAQUECIMENTO NO VENTILADOR DA UTAE
TRECHO 8 - 9: REAQUECIMENTO NO VENTILADOR DA UTAR
Efh
UREs (ERVs)
= 88,3 – 60,188,3 – 45,1
= 65%
DADOS DO RECIFEESTAÇÃO + ÚMIDA
TOTAL4.808 kWt(1.367 Ton)
ERV (41%)
MT (34%)
BT (25%)
Reaq.
UTAEs (DOAS)
DEVOLVIDO À CAG RESFRIAMENTO+
DESUMIDIFICAÇÃO1.175 kWt(334 Ton)
TOTAL 3.990 kWt(1.134 Ton)
Condensado Recolhido2.410 kg/h
TOTAL 2.913 kWt(828 Ton)
Condensado Recolhido2.202 kg/h
TOTAL 1.645 kWt(468 Ton)
CICLO RUN AROUNDAR - ÁGUA
DADOS DO RECIFEESTAÇÃO + ÚMIDA TOTAL 4.808 kWt
(1.367 Ton)
BTTOTAL 1.217 kWt
(346 Ton)CondensadoRecolhido907 kg/h
MTTOTAL 670 kWt
(191 Ton)
712 kWt(202 Ton)
CICLO RUN AROUNDAR - ÁGUA
Reaq.
1.175 kWt(334 Ton)
UTADs (HCUs)
DEVOLVIDO À CAG
R R
ASHRAE PSYCHROMETRIC CHART NO.1NORMAL TEMPERATURE
BAROMETRIC PRESSURE: 101,325 kPaCopyright 1992
AMERICAN SOCIETY OF HEATING, REFRIGERATING AND AIR-CONDITIONING ENGINEERS, INC.
SEA LEVEL
10 20 30 40 50
60
70
80
90
100
110
110
120
120
ENTHALPY - KJ PER KILOGRAM OF DRY AIR
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
ENTHALPY - K
J PER KILO
GRAM OF D
RY AIR
SATURATION TEMPERATURE - °
C
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
DR
Y BU
LB T
EMPE
RAT
UR
E - °
C
,001
,002
,003
,004
,005
,006
,007
,008
,009
,010
,011
,012
,013
,014
,015
,016
,017
,018
,019
,020
,021
,022
,023
,024
,025
,026
,027
,028
,029
,030
10% RELATIVE HUMIDITY
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
5
5
10
10
15
15
20
20
25
25
30 WET BULB TEMPERATURE - °C
30
0,78
0,80
0,82
0,84
0,86 VOLUM
E - CUBIC METER PER KG
DRY AIR
0,88
0,90
0,92
0,94
HU
MID
ITY
RAT
IO -
KILO
GR
AMS
MO
ISTU
RE
PER
KIL
OG
RAM
DR
Y AI
R
New 1New 2
0
1.0 1.0
-
1,52,0
4,0
-4,0-2,0-1,0
-0,5
-0,2
0,1
0,2
0,30,4
0,5
0,60,7
0,8-5,0
-2,0
0,0
1,0
2,0
2,5
3,0
4,0
5,0
10,0
-
SENSIBLE HEAT QsTOTAL HEAT Qt
ENTHALPYHUMIDITY RATIO
hW
R R
ASHRAE PSYCHROMETRIC CHART NO.1NORMAL TEMPERATURE
BAROMETRIC PRESSURE: 101,325 kPaCopyright 1992
AMERICAN SOCIETY OF HEATING, REFRIGERATING AND AIR-CONDITIONING ENGINEERS, INC.
SEA LEVEL
AT (100%)
VGFs + PFR + FCTs
TOTAL1.105 kWt(314 Ton)
FLUXOGRAMA DE AR
UNIDADE DE TRATAMENTODE AR EXTERIOR
UTAE-L(LOJAS)
UNIDADE DE TRATAMENTODE AR EXTERIOR
(MALL)
UTAE-M
EXAUSTÃODESCARGAAR EXTERIOR
DCV
ERV
UNIDADE DE TRATAMENTODO AR DE DESUMIDIFICAÇÃO
UTAD
ERV
UTARUNIDADE DE TRATAMENTODO AR DE RECIRCULAÇÃO
VFDSP
LOJA
VAV
ST
VAV
ST
LOJA LOJA
RV RV RV
CASA DE MÁQUINAS
RV RV RV
RV
LOJA LOJA LOJA
RV RV RVRV
RVRVRV
RVRV RV
LOJA LOJA
RV RV
LOJA
RV
RV
VAZIO MALL
MALL NÍVEL L2
RV
EX
VIGAS FRIAS
CO2S
VF
RV
RETORNO
RETORNO
RV
-250/8-250/8
+500/4
+500/4-500/8
+500/4
+500/4
+500/4
REGULADORES DE VAZÃO
REGULADORES DE VAZÃO
REGULADOR DE VAZÃO
+500/4
+500/4
+500/4
+500/4
RV
MALL NÍVEL L1
FLUXOGRAMA DE AR TÍPICO - CASAS DE MÁQUINAS
RV
VF VF VF VF
PITOTTUBO
VF
PITOT
VF
TUBODDC
RV
STST
ST
VFD
+250/4 +500/4
-250/8
-250/8
-250/8
+250/8-500/8
-500/8
+500/4
+500/4
RV
VF
VF
RV
VIGAS FRIAS
REGULADORES DE VAZÃOINSUFLAÇÃO
QUADRO SINÓPTICO DE DEMANDAS E POTÊNCIASSISTEMA PARA
CENTRO DECOMPRAS
RECUPERAÇÃODE ENERGIA DE
VENTILAÇÃO
1º EST. RESF.(AT/MT)
(14ºC/10ºC)
2º EST. RESF.(BT)(4ºC)
REAQ. EM CICLOFECHADO
(RUN AROUND)AR - ÁGUA
ÁGUACONSUMO/COLETA
UCEs (ERVs)Mall + Lojas
4.808 kWt (1.367 Ton) - - - -
UTAEs (DOAS)Mall + Lojas
- 3.990 kWt (1.134 Ton) 2.913 kWt (828 Ton) 1.645 kWt (468 Ton) Condensado4.613 kg/h
UTADs (HCUs)Mall
- 670 kWt (191 Ton) 1.217 kWt (346 Ton) 712 kWt (202 Ton) Condensado907 kg/h
UTARs (AHUs)Mall
- 2.165 kWt (616 Ton) - - -
VGFs, PFR, FCTsMall
- 1.105 kWt (314 Ton) - - -
UTARs (AHUs) Lojas - 6.359 kWt (1.808 Ton) - - -
Totais 4.808 kWt (1.367 Ton) 14.289 kWt (4.063 Ton) 4.130 kWt (1.174 Ton) 2.357 kWt (670 Ton) -
Carga na CAG - 11.932 kWt (3.393 Ton) 4.130 kWt (1.174 Ton) - -
Pot. da CAG - 11.254 kWt (3.200 Ton) 3.517 kWt (1.000 Ton) - Consumo21.840 kg/h
Obtenção da Potência 20,7% 51,4%COP (7,6 – 6,8)
17,8%COP (5,6)
10,1% 25%Condensado
6,8(17,2%) P/ 5ºC
75%Reuso
(27,3%)
CHILLER - MT
CHILLER - AT
CHILLER - BT
TANQUE DE TERMOACUMULAÇÃO TANQUE DE TERMOACUMULAÇÃOMÉDIA TEMPERATURA BAIXA TEMPERATURA
TANQUE
FECHADO
DE
VB
PRESSURIZADOS
EXPANSÃO
MM
M M
MM
M
M M
M M
TANQUES
M
VAI ÀS UTA´sRETORNO GERAL UTAs
10°C 4°C
19°C
14,5°C 10°C
19°C
M
UTARs UTAEs
M
10°C 4°C
4°C
14,5°C
FLUXOGRAMA HIDRÁULICO DA PRODUÇÃO
ALTERNATIVA AO THIC
POR DESSECAGEM
RESULTADOS DE MEDIÇÃO
153 - 115153 X 0,63 x 100 = 39,5%
SISTEMA COM CARGAS100% DESACOPLADAS
(THIC)
X SISTEMA COM CARGAS63% ACOPLADAS E 37% DESACOPLADAS
(VAV) (THIC)
TRADUÇÃO:
Por outro lado, comparando ao sistema convencional básico à água , o sistema de vigas frias consome mais
energia de bombeamento pois, o fluxo de água opera com um diferencial de temperatura de 2 a 3°C, quando
comparado ao diferencial convencional de 5°C.
O sistema de vigas frias requer água resfriada de 14°C à 18°C, mas as unidades de tratamento de ar, com
propósito de desumidificação, requerem tipicamente, água em torno de 6°C. A planta de água gelada pode
produzir água à 6°C e o requerimento da carga é entre 14°C e 18°C. A temperatura requerida é obtida através
de uma mistura entre a água produzida e a água de retorno. Isso não é uma solução ideal do ponto de vista de
Eficiência Energética, mas, a solução tem um importante efeito no consumo de energia quando comparado ao
sistema convencional com água à 6°C, devido à mais alta temperatura da água de retorno para a planta de
resfriamento.
O consumo de energia é minimizado se houver um sistema dedicado de produção para duas temperaturas da
água requeridas.
Esta separação melhora e Eficiência Energética pelas seguintes razões:
• Os chillers dedicados às vigas podem trabalhar com 14°C de temperatura da água gelada, majorando
altamente a sua relação de Eficiência Energética (EER).
Resfriamento natural (free cooling) pode ser implementado com algumas das seguintes tecnologias:
• Torres de resfriamento para climas quentes / secos;
• Ciclos economizadores ;
• Energia Geotérmica (da água ou do solo).
A análise energética deve considerar todos esses aspectos.
Fonte Original em Inglês : GUIDEBOOK No. 21 REHVA Edition
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