sistemas de climatização por condensação a ar: maximizando ... · quanto maior a variação de...

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)


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%


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


,,

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;



,, ,,

,, ,,



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;



,, ,,

,,,,



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).



,, ,,

,, ,,



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:


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:


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)


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)


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


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


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 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 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

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;


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


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;


PREMISSAS:

• Capacidade total Instalada em chiller: 200 TR

• Tarifas Horossazonal Azul Sem Impostos da Copel

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

sistemas de climatização por condensação a ar: maximizando ... · quanto maior a variação de...

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