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ESPECIFICAÇÃO DE PROCESSOS DE CONTROLE AVANÇADOS PARA

SISTEMAS DE TRATAMENTO DE AR

Eng. Mauricio de [email protected]

23/09/2015

XV Encontro Nacional de Projetistas e Consultores d a ABRAVA

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PROCESSOS DE CONTROLE - INTRODUÇÃO

CONDICIONADOR DE AR UNITÁRIO

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CONDICIONADOR DE AR – VAZÃO CONSTANTE

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CONDICIONADOR DE AR – VAZÃO VARIÁVEL

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CONDICIONADOR DE AR – VAZÃO VARIÁVEL – CARRIER HANDBO OK


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CONTROLE DE TEMPERATURA


CARGA TÉRMICAVARIÁVEL

CAPACIDADEVARIÁVEL

CONTROLECONFORTO

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LOOPING DE CONTROLE FECHADO


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CONTROLE DIGITAL


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EVOLUÇÃO TECNOLÓGICA – IMPORTÂNCIA DO CONTROLE

PROCESSOS DE CONTROLE - DESAFIOS

Chart based on ASHRAE 90.1-2013 determination study conducted by PNNL

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EVOLUÇÃO TECNOLÓGICA – IMPORTÂNCIA DO CONTROLE


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Commercial HVAC Efficiency Requirements

ASHRAE 90.1

Building Target

Possible Path to

nearly Net Zero Buildings

Equipment Level Limit

MaxTech Limit Full Load Efficiency

Systems Approach &

Renewable Energy

Chart is an estimate of possible future regulations to achieve Near Net Zero by 2034 based on studies done by Carrier on technical limits of HVAC equipment

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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA – TENDÊNCIA GLOBAL


ASHRAE Germany Commercial Germany Residential European Union

China Shanghai Turkey Japan

BRASIL

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NORMAS E RECOMENDAÇÕES ATUAIS:

� NBR 16401-1:2008 – Instalações de Ar Condicionado – Parte 1: Projetos� NBR 16401-2:2008 – Instalações de Ar Condicionado – Parte 2: Conforto� NBR 16401-3:2008 – Instalações de Ar Condicionado – Parte 3: Qualidade do Ar

� RTQ – PBE Edifica – INMETRO – Eficiência Energética de Edificações

� ASHRAE Standard 90.1 – Energy Standard for Buildings Except Low-Rise Residential Buildings

� ASHRAE Standard 55 - Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy

� ASHRAE Standard 62.1 – Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality


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EXEMPLOS DE PROCESSOS DE CONTROLE RECOMENDADOS PELA S NORMAS ( TRATAMENTO DE AR ):

� Zoneamento do sistema X Zoneamento térmico X Zoneamento de ventilação (AE)� Controle de partida otimizado� Vazão de ar variável� Controle de ar externo por demanda (DCV – Demand Control Ventilation)� Reset de set point da pressão do ventilador� Reset de set point da temperatura de insuflamento� Reset de vazão mínima e máxima da zona� Ciclo economizador� Limites de umidade relativa – carga plena / parcial, verão / inverno


VELOCIDADES VARIÁVEIS SET POINT DINÂMICO

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RESPOSTAS DA ASHRAE:


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ASHRAE GUIDELINE 36ASHRAE GUIDELINE PROJECT COMMITTE 36

� Criado para apoiar, disseminar e desenvolver processos avançados de controle de sistemas HVAC, incluindo RP-1455 e outros projetos de pesquisas relacionados do ASHRAE TC 1.4

GPC 36: High Performance Sequences of Operation for HVAC Systems – First Advisory Public Review

� Objetivo:O objetivo deste Guideline é apresentar sequências de operação uniformes para sistemas de HVAC com a intenção de maximizar o desempenho e a eficiência energética dos sistemas, proporcionar a estabilidade do controle e permitir o diagnóstico e detecção de falhas em tempo real

� Escopo:Sequências de Operação : Apresentação de sequências de operação para sistemas de HVAC, incluindo lista de pontos físicos e diagramas de controle .Testes Funcionais de Desempenho : Definir testes de desempenho que confirmam a implementação das sequências de operação (futuro).

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ASHRAE GUIDELINE 36

OBJETIVOS PRÁTICOS DO GPC 36:

� Cumprimento das normas em qualquer condição de operação:• ASHRAE/IESNA Standard 90.1 (Energia )• ASHRAE Standard 62.1 (Qualidade do Ar )• ASHRAE Standard 55 (Conforto )

� Redução de custos• Programação e Comissionamento

� Redução de erros• Sequências de Operação definidas de forma clara, inequívoca• Algoritmos padronizados e pre-testados

� Estabelecer padrões para a indústria de controle

� Incorporar a detecção e diagnóstico automático de falhas

APROXIMAR O CONTROLE EM AR CONDICIONADO DO CENÁRIO PLUG & PLAYCOM LÓGICAS DE CONTROLE ABERTAS E CONFIGURÁVEIS

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CAIXA VAV - LISTA DE PONTOS FÍSICOS

ASHRAE GUIDELINE 36 - EXEMPLOS

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CAIXA VAV - DIAGRAMA


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CONDICIONADOR DE AR MULTIPLE ZONE VAV - LISTA DE PONTOS FÍSICOS


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CONDICIONADOR DE AR MULTIPLE ZONE VAV - DIAGRAMA

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CONDICIONADOR DE AR SINGLE ZONE VAV - LISTA DE PONTOS FÍSICOS


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CONDICIONADOR DE AR SINGLE ZONE VAV - LISTA DE PONTOS FÍSICOS


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OUTRAS CONFIGURAÇÕES


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SEQUÊNCIAS DE OPERAÇÃO E LÓGICAS DE CONTROLE

� Modos de Operação do condicionador de ar:


Exemplo: Cool Down Mode = Optimal Start :Para cada zona, deve ser calculado o tempo de cool-down baseado no setpoint no modo de ocupação,temperatura atual, temperatura externa e o fator demassa/capacidade de cada zona (fator ajustadomanualmente). A operação nesse modo deve seriniciada conforme o tempo requerido, mas não antes de3 horas do início de ocupação definido pelo respectivoschedule configurado.

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� Condicionador de ar – Exemplo do procedimento de Partida e Parada do Ventilador:

1) O ventilador deve operar quando o sistema estiver nos modos Cool-down, Setup ou Occupied

2) Se existe aquecimento nas zonas periféricas, o ventilador também deve operar quando o sistema estiver nos modos Setback ou Warmup

3) Totalizar a vazão de ar total das caixas VAV e indicar na tela de supervisão junto ao duto de saída do condicionador de ar


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� Condicionador de ar – Exemplo da lógica de reset de setpoint de pressão:

1) O setpoint de pressão deve ser reajustado usando a lógica Trim & Respond:


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� Lógica Trim & Respond (T & R):

– Utilizada para reset de pressão e temperatura de insuflamento baseado na demanda das caixas de VAV atendidas pelo condicionador de ar

– Cada zona (caixa VAV) envia um pedido ( Request ) de mudança de setpoint baseado na temperatura da zona ou na posição do damper

– A cada ciclo de tempo o setpoint é reduzido (“Trim” )

– Depois o setpoint é aumentado ( “Respond” ) proporcionalmente ao número de pedidos ( Request )

– Cada zona pode receber um “Peso” em função do seu grau de importância (Importance Multiplier ). Valor default = 1


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� Lógica Trim & Respond (T & R):Para cada sistema são definidas as seguintes variáveis:(Variáveis ajustáveis a partir de um gráfico/tabela de reset acessível na tela de supervisão. Valores absolutos sugeridos para pressão devem ser ajustados no processo de comissionamento para garantir um controle estável).


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� Lógica T&R – Exemplo numérico de reset de setpoint de pressão:A pressão estática deve ser reajustada usando a lógica T&R entre os valores de 0,15 e 1,5 inH2O. Cinco minutos após a partida do ventilador, reduza o setpoint de pressão em 0,04 inH2O a cada 2 minutos. Caso existam mais de 2 Requestsde pressão, aumente o setpoint em 0,06 inH2O para cada Request além de 2, até um máximo de 0,15 inH2O. Um Request de pressão deve ser gerado quando a caixa VAV apresentar uma abertura acima de 95%.


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� Lógica T&R – Exemplo numérico de reset de setpoint de pressão - Gráfico:


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� Lógica T&R – Exemplo numérico de reset de setpoint de pressão:

– O sistema tende para uma pressão estática mínima através de cortes (Trim ) sucessivos do setpoint de pressão, mas responde (Respond ) rapidamente ao aumento de demanda das caixas VAV em função dos Requests . A lógica T&R apresenta um perfil cíclico robusto como característica, onde o setpoint é dinâmico e sempre busca reduzir a pressão e potência do ventilador.

– O exemplo apresentado é ilustrativo do funcionamento da lógica de reset de setpoint e não representa o comportamento real esperado do sistema.


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� Lógica T&R – Outro exemplo:


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� Vantagens da Lógica T&R:

– Minimiza o consumo de energia do ventilador– Mais estável e mais fácil de ajustar do que o looping PID. Os ciclos são

tipicamente longos e lentos– Corta (Trim) o valor de setpoint lentamente e responde (Respond)

rapidamente– Pode identificar e eliminar zonas que induzem distorções no comportamento

do sistema, basta configurar o multiplicador de importância para zero.– Da mesma forma, pode aumentar a importância de uma zona crítica– Menor dependência da precisão de leitura do sensor de pressão


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ALARMES E DETECÇÃO DE FALHAS:

� Definição de 5 níveis de alarmes com aplicação de hierarquia em função do sistema:Nível 1 : Crítico / Segurança dos ocupantesNível 2 : Falha severa de equipamentoNível 3 : Falha de equipamento ou operação não críticaNível 4 : Monitoramento de conservação de energiaNível 5 : Indicação / notificação de manutenção

� Exemplo de Alarme para Caixa VAV – “Baixa Vazão de Ar”:1) Se a vazão de ar medida é menor que 70% do valor de setpoint quando o setpoint for maior do que zero por 5 minutos, gerar um alarme Nível 32) Se a vazão de ar medida for menor que 50% do valor de setpoint, quando o setpoint for maior que zero, por 5 minutos, gerar um alarme Nível 23) Se a caixa atende a uma zona com multiplicador de Importância = 0 (peso=0) para a looping de controle T&R, o alarme de baixa vazão deve ser ignorado para essa zona.


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PROJETOS DE PESQUISA EM ANDAMENTO QUE PODEM SER INCORPORADOS PELO GUIDELINE 36:

� RP-1547 CO2-based Demand Controlled Ventilation for Multiple Zone HVAC Systems

� 1587-RP: “Control Loop Performance Assessment.”

� 1746-TRP: “Validation of RP- 1455 Advanced Control Sequences for HVAC Systems – Air Distribution and Terminal Systems.”

� 1747-TRP: “Implementation of RP-1547 CO2-based Demand Controlled Ventilation for Multiple Zone HVAC Systems in Direct Digital Systems.

� 1711-WS: “Advanced Sequences of Operation for HVAC Systems – Phase II Central Plants and Hydronic Systems.”

OUTRAS PESQUISAS RELACIONADAS COM O TEMA

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� BSR/ASHRAE Guideline 36P - Advisory Public Review Draft - High Performance Sequences of Operation for HVAC Systems - First Public Review (April 2015)

� ASHRAE Research Project Report - 1455-RP - Advanced Control Sequences for HVAC Systems – Phase I Air Distribution and Terminal Systems - Approval: November 2014

� AHRI Spring Meeting - Planning for the Future using a Systems Approach -05/07/2014

� GPC 36 Best of Class Control Sequences for Air Systems – December, 2014

� Energy Simulation for Commercial Buildings – Carrier Corporation

� Handbook of Air Conditioning System Design – Carrier Corporation

REFERÊNCIAS

enpc 2015 [modo de compatibilidade] · nbr 16401-1:2008 – instalações de ar condicionado –...

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