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13º COBEE Expoeficiência 2016
Chillers e Sistemas de Água Gelada –
Ainda a Solução mais Eficiente para
HVAC&R
26/09/2016 1
Sistemas de Água Gelada - Solução
EFiciente de HVAC&R
Normas de Eficiência
Energética
• Introdução
• Saber como (know how)
• Saber por que (know why)
• Condicionamento de ar
• Carga térmica
• Sistemas de condicionamento de ar
• COP – Coeficiente de desempenho
26/09/2016 2
Sistemas de Água Gelada - Solução
EFiciente de HVAC&R
Know How e Know Why
• Existe uma grande diferença entre
– Saber como “know how” – baseado na
experiência sendo o seu desenvolvimento
bastante limitado, passo a passo
– Saber por que “know why” – a ciência possibilita
o por que através de princípios fundamentais e
leis da natureza
• Normas (Standards) normalmente informam o saber
como reproduzir algo conhecido e de desempenho
comprovado (know how)
26/09/2016 3
Sistemas de Água Gelada - Solução
EFiciente de HVAC&R
Saber Como e Saber Por Que
• Segundo Willis Carrier o Ar-Condicionado é
• “…o controle da umidade do ar, tanto
aumentando ou reduzindo o seu conteúdo de
umidade. Somado ao controle de umidade está
o controle da temperatura aquecendo ou
refrigerando o ar, a purificação do ar pela
lavagem ou filtragem e, o controle da
movimentação do ar e da ventilação
(renovação do ar).”
26/09/2016 4
Sistemas de Água Gelada - Solução
EFiciente de HVAC&R
Willis Carrier - Know Why
• 1902 - Desenvolveu as fórmulas para seleção e aplicação de
ventiladores usados em caldeiras
• 1902 - O primeiro projeto de aquecimento, refrigeração,
desumidificação e umidificação de uma gráfica, a Sackett-Wilhelms
Lithographing Company para operar o ano todo
• 1904 - A construção de lavadores de ar para a partir do controle
ponto de orvalho refrigerar e umidificar. O sistema funcionou tão
bem que em um ano instalou 200 sistemas
• 1911 - “Rational Psychrometric Formulae” onde apresentava as
relações básicas entre a temperatura de bulbo seco, ponto de
orvalho, saturação adiabática ou temperatura de bulbo úmido,
calor latente e calor sensível
• O conhecimento da Psicrometria foi fundamental para desenvolver
os equipamentos (lavadores de ar), estabelecer os pontos
operacionais (ponto de orvalho) e para o cálculo da carga térmica
26/09/2016 5
Sistemas de Água Gelada - Solução
EFiciente de HVAC&R
Theatro Municipal do Rio de Janeiro
Memória da refrigeração e do ar
condicionado no Brasil – Cristiane Di Rienzo
26/09/2016 6
Sistemas de Água Gelada - Solução
EFiciente de HVAC&R
1909 Theatro Municipal do Rio de Janeiro
• Primeira instalação de refrigeração mecânica nas Américas
– Na época se produzia gelo e o gelo era colocado em cestas para resfriamento
do ar
• Instalação feita pela Siemens (Alemanha)
• Condicionadores de ar pela empresa Borsig Berlim Tegal
• Capacidade de refrigeração de 66 tr com um motor de 82 cv com 0,91
kW/tr condensação a água
• Refrigerante dióxido de enxofre SO2
• 100% de vazão de ar externo: 100.000 m3/h para 1739 pessoas com 57,5
m3/h*pessoa
• Tanque volante térmico de 70 m3/h com salmoura
• Objetivo manter internamente um temperatura de 10ºC abaixo da
temperatura externa. Operação Manual
• Poucas empresas detinham o know how ou muito menos o know why
para instalações de condicionamento de ar.
• Fonte – Livro – Memória da Refrigeração e do Ar Condicionado no Brasil – autora Cristiane Di Rienzo
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Sistemas de Água Gelada - Solução
EFiciente de HVAC&R
Frio Alimentar
• Frigorífico Renner fundado em 1912 no município
gaúcho de Montenegro por Jacob Renner
• Atender ao mercado da carne
• Produção de gelo para pescado em Marcelino
Ramos (RS). Primeira máquina de produzir gelo no
Brasil. Ewaldo Wosiack em 1937
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Sistemas de Água Gelada - Solução
EFiciente de HVAC&R
Instalação de Ar-Condicionado
• CEIBRASIL representações Ltda.
• Fundada no Rio de Janeiro, RJ, em 1934
• Fundadores:
– Nanto Junqueira Botelho e
– Erik Dunlop Coachman
– Estágios nas empresas Carrier, General Electric e Buffalo Co.
• Jockey Club do Rio de Janeiro em 1934 operou até 1975
– Potência consumida do compressor 5 hp
– Refrigerante Cloreto de Metila
– Caráter experimental em uma sala para 25 pessoas, caso não fosse aprovado
o sistema seria devolvido e não haveria despesas ao usuário
– Grande receio do ar condicionado ser prejudicial a saúde
• O desconhecimento da qualidade do ar (temperatura) e o seu efeito
sobre as pessoas
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Sistemas de Água Gelada - Solução
EFiciente de HVAC&R
Ar-Condicionado – Ar Refrigerado
• Mantém e controla as seguintes variáveis de um ambiente
fechado:
– Temperatura de bulbo seco, através de aquecimento e/ou
refrigeração
– Umidade absoluta, através da umidificação e/ou
desumidificação
– Nível de energia radiante
– Melhora a qualidade do ar do ambiente pela mistura ar externo
com o ar de retorno e através da filtragem do ar de insuflação
– Movimenta e distribui o ar
• Alguns condicionadores de ar podem não atender a todos
estes itens, exemplo:
– Minisplit – Ar Refrigerado
• Controle somente da temperatura de bulbo seco
• Filtros e distribuição do ar deficiente
• Atendimento às normas
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Sistemas de Água Gelada - Solução
EFiciente de HVAC&R
Carga Térmica
Ganho de
calor
Temperatura
Ambiente
Perda de
calor
Sistema de
Refrigeração
Sistema de
Aquecimento
Frio
Quente
Fonte: Programa SMACNA de Educação
Continuada em Tratamento de Ar
26/09/2016 11
Sistemas de Água Gelada - Solução
EFiciente de HVAC&R
Consumo de Energia Elétrica
• A energia elétrica é um recurso finito em termos
de:
– Potência gerada
– Capacidade de distribuição
– Energia armazenada (água em barragens)
– Lembrem-se dos apagões e do seu alto custo
– Janeiro de 2015 aumento da demanda de energia
elétrica provocou o apagão
• Foi o ar condicionado?
• É importante a redução do consumo
26/09/2016 12
Sistemas de Água Gelada - Solução
EFiciente de HVAC&R
Consumo de Energia Elétrica
• É importante o controle da carga térmica, a operação
correta e a manutenção
• Sistemas de elevada carga térmica devido ao seu
projeto arquitetônico, com operação e manutenção
deficiente podem usar equipamentos, sistemas de alta
eficiência e mesmo assim consumirem em excesso
• É importante caracterizar o consumo em função das
condições climáticas, da área construída, uso da
instalação
– Índice do uso de energia EUI (Energy Utilization Index)
• Unidades kBtu/(ft2*year)
• SI kW*h/(m2*ano) ou MJ/(m2*ano)
26/09/2016 13
Sistemas de Água Gelada - Solução
EFiciente de HVAC&R
Resumo da Estimativa das Cargas Térmicas
Verão – Refrigeração/desumidificação
• Temperatura e da umidade externa
• Temperatura e umidade interna
• Espaços adjacentes condições especiais
• Coeficientes de transmissão de calor e as áreas
das superfícies opacas externas/internas
• Insolação por superfícies transparentes
• Infiltração de ar: vento envoltória
características da fachada
• Calcular a perda de calor/umidade interna
• Geração de calor interna: pessoas iluminação,
equipamentos etc
• Renovação e carga de ar externo
Inverno – Aquecimento/umidificação
• Temperatura e da umidade externa
• Temperatura e umidade interna
• Espaços adjacentes condições especiais
• Coeficientes de transmissão de calor e as áreas
das superfícies externas/internas
• Infiltração de ar: vento envoltória
características da fachada
• Calcular a perda de calor/umidade interna
• Renovação e carga de ar externo
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Sistemas de Água Gelada - Solução
EFiciente de HVAC&R
Redução da Carga Térmica
• Arquitetura – Envoltória do Edifício - Clima
– Forma construtiva: área transparente e opaca à insolação
– Isolamento e inércia térmica
– Infiltrações de ar
– Carga térmica
– Iluminação
• A análise da envoltória deve sempre
considerar simultaneamente as seguintes
características:
– Carga térmica – transmissão, insolação e infiltração
– Luz natural X artificial
– Equipamentos de condicionamento de ar
– Custo inicial X custo operacional
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Sistemas de Água Gelada - Solução
EFiciente de HVAC&R
Sistemas de Refrigeração
• Uso
– Temperatura
• Material resfriado/congelado
• Ar externo
• Ar interno
– Isolamento térmico
– Produto: manutenção, congelamento etc.
– Elementos internos: pessoas, iluminação, equipamentos
etc
– Renovação de ar/Infiltração (abertura de portas)
– Ciclo de degelo
– Carga térmica
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Sistemas de Água Gelada - Solução
EFiciente de HVAC&R
Valores de Projeto ASHRAE
Fundamentals Handbook 2005 Chapter 17 Energy Resources
Descrição Unidades Brasil ASHRAE 2001 ASHRAE 2005
Iluminação Instalada W/m2 12 14 8,6
Calor sensível W/m2 122 63 47
Aquecimento W/m2 ?? 47 32
Pressão do sistema de ventilação Pa 1000 1000 1000
Vazão de ar insuflada M3/h*m2 28 18 18
Potência elétrica geral W/m2 50 48 32
Potência Térmica geral W/m2
M2/Tr
140
25
95
37
63
55
Pressão do sistema de água kPa 300 210 210
Refrigerador de água condensação
a água COP
kW/kW
kW/Tr
5,9
0,59
5,9
0,59
7,1
0,49
Equipamentos Auxiliares COP kW/kW
kW/Tr
20
0,18
25
0,14
25
0,14
Equipamentos Unitários
condensação a água COP
kW/kW
KW/Tr
3,57
0,98
3,57
0,98
3,57
0,98
26/09/2016 17
Sistemas de Água Gelada - Solução
EFiciente de HVAC&R
Valores de Referência de Projeto
ASHRAE Pocket 2013 Guide tabela 12.1
Classificação Ocupação m2/pessoa Iluminação e outras cargas elétricas
W/m2
Carga de refrigeração m2/kW
Menor Média Alta Menor Média Alta Menor Média Alta
Apartamento 30,2 16,3 9,3 7,3 9,2 11,8 11,9 10,6 9,2
Auditórios 1,4 1,0 0,6 5,4 7,5 9,7 10,6 6,6 2,4
Escolas 2,8 2,3 1,9 8,1 10,8 11,8 6,3 4,9 4,0
Hoteis 18,6 13,9 9,3 5,4 8,1 10,8 9,2 7,9 5,8
Escritórios 12,1 10,2 7,4 22 27 43 9,5 7,4 5,0
Residencial 55,7 37,2 18,6 5,4 10,8 16,1 15,8 13,2 10
Restaurante 1,6 1,4 1,2 5,4 10,8 16,1 3,6 2,6 2,1
Potência de refrigeração: 3,516 kW = 1,0 tr = 12.000 BTU/h
Carga térmica 3,516 m2/kW = 1 m2/tr.
Valor médio para:
Escritório de 7,4 m2/kW = 26 m2/tr, no Brasil é em torno de 6,25 m2/kW = 22 m2/tr
Apartamentos 10,6 m2/kW = 37,3 m2/tr, no Brasil é em torno de 5,7 m2/kW = 20 m2/tr
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Sistemas de Água Gelada - Solução
EFiciente de HVAC&R
Carga Térmica - Comentários
• Os valores empregados no Brasil são superiores aos
americanos
• Envoltória
– Menor isolamento térmico pelas paredes
– Maior insolação pelo vidro das janelas
– Infiltração de ar – fachadas/janelas certificadas
– Projeto integrado: considerando simultaneamente transmissão, insolação, infiltração
iluminação natural e sistema de condicionamento de ar
• Maior carga de tomadas 25 W/m2 – 50 W/m2
• Automação projetada e operada de forma limitada
• Controle de umidade deficiente ou de elevado consumo
– Recomendado equipamento dedicado de tratamento do ar externo
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Sistemas de Água Gelada - Solução
EFiciente de HVAC&R
20
Consumidores de Energia
• Equipamento de transferência de calor
– Transferência de calor do menor nível de temperatura
(fonte) para o maior nível e temperatura (sumidouro)
• Equipamentos de troca de calor
– Troca de energia do ponto de maior temperatura (fonte -
ambiente) para o de menor temperatura (sumidouro –
trocador de calor)
• Equipamentos de transporte de calor
– Movimentação do ar do ambiente e ou do fluido de
transporte do calor (água, solução, refrigerante)
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Sistemas de Água Gelada - Solução
EFiciente de HVAC&R
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Consumidores de Energia
• Equipamento de transferência de calor – consumo de energia
para:
– Aumentar a pressão de saturação: maior temperatura de
condensação
– Menor diferencial de pressão – menor consumo
• Ciclo de compressão a vapor
– Compressor
– Dispositivo de expansão
• Ciclo de absorção
– Absorvedor do vapor
– Bomba de solução
– Gerador do vapor
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Sistemas de Água Gelada - Solução
EFiciente de HVAC&R
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Consumidores de Energia
• Equipamento de transporte de calor – bombas e ventiladores
– Bombeamento de fluidos térmicos normalmente sem mudança de
fase
• ar, água, soluções e outros
• Potência diretamente proporcional a vazão em volume e o diferencial de
pressão
• Trocadores de calor
– Quanto maior a área de troca, mantida a velocidade ideal de troca de
calor, menor é a aproximação de troca de calor
• Aproximação no fan & coil = TAret ºC – TEAG ºC
• Aproximação no evaporador = TSAG ºC – TEV ºC
• Aproximação no condensador = TCD ºC – TEACd ºC
• menor consumo do compressor quanto maior for a evaporação e menor a
condensação
– Ar/refrigerante
– Ar /água
– Água/refrigerante
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Sistemas de Água Gelada - Solução
EFiciente de HVAC&R
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Consumidores de Energia
• Coeficiente de Eficácia COP
• O que desejo/gasto em obter
• Potência de refrigeração/potência de funcionamento kW/kW
• Potência de aquecimento/potência de funcionamento
kW/kW
• Relação kW/Tr – potência de funcionamento/potência de
refrigeração para equipamentos acionados pela energia
elétrica
• EER Energy Efficiency Ratio – BTU/(h.Watt)
• SCOP Anual COP Sazonal e SEER
– leva em conta a energia anual de refrigeração/consumo anual
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Sistemas de Água Gelada - Solução
EFiciente de HVAC&R
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Coeficiente de Desempenho
• Ciclo de Refrigeração de Carnot
• COP = CE = Tfonte (K)/(Tsumidouro – Tfonte) (K)
– Tfonte é a temperatura da fonte em graus Kelvin
– Tsumidouro é a temperatura do sumidouro em graus Kelvin
• COPmax – temperatura do ambiente interno e do ambiente
externo – COP teórico
– Ex: Tfonte = 25 ºC e Tsumidouro = 35ºC COP = 29,8
• COPreal – capacidade de refrigeração líquida / consumo total
do sistema fan & coil + bombas + refrigerador de água +
Torre de resfriamento
– COP = 3,5
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Sistemas de Água Gelada - Solução
EFiciente de HVAC&R
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Coeficiente de Desempenho
• COPmax – temperatura do ambiente interno e do ambiente externo –
máximo COP
• COP do fluído intermediário – expansão indireta considera a temperatura
do fluído de refrigeração (água ou solução) e de rejeição de calor (água)
• COP do trocador de calor – considera as temperaturas do fluido de
refrigeração e de rejeição de calor
– Expansão direta – temperatura de evaporação e de condensação
– Expansão indireta – temperatura da solução gelada e da água de
condensação
• COP do refrigerante a partir das diferenças de entalpia de evaporação e
de compressão
• COP do compressor
• COPreal do Refrigerador de Água
– capacidade de refrigeração líquida / consumo do sistema
• COPsistema Potência útil de Refrigeração (sensível+latente)/potência total
de consumo (compressor+ventiladores+bombas)
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Sistemas de Água Gelada - Solução
EFiciente de HVAC&R
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CE e kW/Tr Típicos AC
Equipamento CE (COP) kW/Tr
Recíprocos/scroll condensação a ar 2,7 1,3
Recíprocos/scroll condensação a água 3,5 1,0
Parafusos condensação a ar 3,0 1,2
Parafusos condensação a água 6,0 0,6
Centrífugos condensação a água 6,4 0,52
Ejetor de Vapor condensação a água 0,5
Absorção de simples estágio 0,7
Centrífugo com turbina 1,0
Absorção de duplo efeito 1,1
Absorção de triplo efeito 1,4
Absorção de queima direta 1,3
Centrífugo com motor a gás 1,8
Condições de operação: Refrigeradores de água
TEAG = 12 ºC, TEARCD 35 ºC, TEAGCD 30 ºC
ElétricosCalor/Queima
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Sistemas de Água Gelada - Solução
EFiciente de HVAC&R
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Equipamentos de Transporte de Calor
• Lei dos ventiladores – ventilador associado a um sistema
• Vazão de ar é proporcional a rotação
• O diferencial de pressão é proporcional ao quadrado da rotação
• A potência é proporcional ao cubo da rotação
• Aumento de 10% na vazão do ventilador
– Aumento de 10% na rotação
– Aumento de 21% no diferencial de pressão
– Aumento de 33% na potência consumida
• Importante maior diferencial de temperatura com fluxo constante
• Importante fluxo variável e diferencial de temperatura constante
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Sistemas de Água Gelada - Solução
EFiciente de HVAC&R
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Equipamentos de Transporte de
Calor
• Absorção/Rejeição de Calor – Ar Úmido
– Calor sensível qs kW= m kg/s*cpu kJ/kg*ºC*Dt ºC
– Calor latente ql kW= m kg/s*DW kg vapor/kg ar seco* hlv kJ/kg ºC
– Calor total qt kW= m kg/s * Dh kJ/kg
– Onde:
• m vazão em massa do fluido kg/s
• cpu calor específico do ar úmido kJ/kg
• Dt variação da temperatura do fluido ºC
• Dh variação de entalpia do fluido kJ/kg*ºC
• DW variação da umidade absoluta kg vapor/kg ar seco
• hlv calor latente de vaporização/condensação da água
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Sistemas de Água Gelada - Solução
EFiciente de HVAC&R
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Vazão de Ar de Insuflação
A
B
A – Seleção convencional 24ºC UR 50% - 11ºC UR - 92% PO = 9,5
B – Seleção de baixa vazão de ar de insuflação 26ºC e UR 40% - 9ºC UR 90% - PO =
7ºC - Vazão de ar 76% da convencional 43% da potência consumida
FCS 80%
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Sistemas de Água Gelada - Solução
EFiciente de HVAC&R
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Comparação de Sistemas de AC 1000 Tr
Ventilador Bomba Bomba Ventilador
Consumo de AC ref. 1000 Tr Ar Água Equipam. Água Equipam Total
Janela 1250 1250
Minisplit 1250 1250
Self a ar 1350 1350
Self a água D t 5,5ºC 1000 79 44 1123
Self a água D t 8ºC 1002 54 44 1100
Self a água D t 5,5ºC Sensível 1150 81 111 1342
Refrig. de água Scroll a ar D t 5,5ºC 76 61 1250 1387
Refrig. de água Scroll D t 5,5ºC 76 61 900 77 44 1158
Refrig. de água Scroll D t 8ºC 61 42 902 53 44 1102
Refrig. de água Parafuso a ar 76 61 1200 1337
Refrig. de água Parafuso D t 5,5ºC 76 61 700 73 44 955
Refrig. de água Parafuso D t 8ºC 61 42 720 51 44 918
Refrig. de água Centrífugo D t 5,5ºC 76 61 550 71 44 802
Refrig. de água Centrífugo D t 8ºC 61 42 570 49 44 766
Os valores poderão variar em função da escolha e da hipótese feita
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Sistemas de Água Gelada - Solução
EFiciente de HVAC&R
Controle Simultâneo de
Temperatura e de Umidade
• Para o controle simultâneo da temperatura e da umidade é
obrigatório a redução da carga latente do ar externo de
renovação de ar antes de ser misturado com o ar de retorno
• Para a remoção da umidade do ar externo ou do ar de
mistura (insuflação) é necessário resfria-lo a um ponto de
orvalho de 10ºC a 13ºC
• O ideal é usar um sistema dedicado de tratamento do ar
externo DOAS
26/09/2016 31
Sistemas de Água Gelada - Solução
EFiciente de HVAC&R
Água Gelada com Reaquecimento por Água
Quente
Exaustão
do ar do
ambiente
Tomada de
ar externo
Termostato
Umidostato
Entalpia (temperatura)
ar externo x retorno
26/09/2016 32
Sistemas de Água Gelada - Solução
EFiciente de HVAC&R
Somente Resfriamento
Ambiente
Ar insuflado inclui
reaquecimento do
ventilador
Ar após a
serpentinaAr externo
Ar de
exaustão
Ar de
retorno
Ar de
mistura
termostato
26/09/2016 33
Sistemas de Água Gelada - Solução
EFiciente de HVAC&R
Desempenho Trocador de
Calor Controle da Umidade
• É importante atender a carga
sensível e carga latente,
mesmo em cargas parciais
• Abaixo de 30% do fluxo de
água não há remoção de calor
latente
• Acima de 50% o desempenho
é mais equilibrado para a
remoção sensível e latente
26/09/2016 34
FEI Sistemas Hidrônocos 2010 ASHRAE
Handbook 2008 Systems and Equipment
Fluxo de projeto % 0% 20% 40% 60% 80% 100%
Capacidade total % 0% 40% 60% 80% 90% 100%
Capacidade sensível% 0% 40% 55% 65% 70% 72%
Capacidade latente% 0% 0% 5% 15% 20% 28%
Registro de Face e de Derivação
Ambiente
Ar insuflado inclui
reaquecimento do
ventiladorAr após a
serpentina
Ar externo
Ar de
exaustão
Ar de
retorno
Ar de
mistura
Sistema de expansão direta com dois estágios
controlado pela pressão de sucção
termostatoumidostato
Temperatura
do ponto de
orvalho
26/09/2016 35
Sistemas de Água Gelada - Solução
EFiciente de HVAC&R
Vazão de Ar Variável*
Ambiente
Ar insuflado inclui
reaquecimento do
ventilador
Ar após a
serpentina
Ar externo
Ar de
exaustão
Ar de
retorno
Ar de
mistura
Sistema de expansão direta com dois estágios
controlado pela pressão de sucção
Controle do ambiente pela rotação do ventilador
Vazão de ar insuflada variável
Vazão de ar de renovação constante
termostato
Controle do
ponto de
orvalho
26/09/2016 36
Sistemas de Água Gelada - Solução
EFiciente de HVAC&R
Derivação do Ar de Retorno
Ar insuflado inclui reaquecimento do ventilador
Sistema de expansão direta
com reaquecimento por
derivação de gás quente
Ambiente
Ar após a
serpentinaAr externo
Ar de exaustão Ar de retorno
Ar de
mistura
termostato umidostato
Temperatura do
ponto de orvalho
26/09/2016 37
Sistemas de Água Gelada - Solução
EFiciente de HVAC&R
Sistema Dedicado de Tratamento
de Ar Externo DOAS
Ambiente
Ar de
exaustão
Ar de retorno
termostato
Ar após a
serpentinaAr de retorno
Ar após a
serpentina Ar externo
O condicionador de ar externo poderá atender um ou mais
zonas térmicas ou condicionadores de ar
O controle do ponto de orvalho de insuflação na unidade de
tratamento do ar externo permite controlar a umidade interna
A entrada do ar
externo poderá
ser feita:
A – diretamente
no ambiente
B - no ar de
retorno
Umidostato
26/09/2016 38
Sistemas de Água Gelada - Solução
EFiciente de HVAC&R
Consumo de Energia em Carga
Sensível Interna Parcial
CSI - calor Derivação Vazão de Derivação do Sistema
Consumo
Sensível
Interno Resfriamento de ar serp. ar variável de ar retorno DOAS Refr
Elétrico kW kW kW kW kW kW
100% CSI 11,72 7,8 7,8 7,8 7,8 7,5
75% CSI 8,79 6,7 6,7 6,7 6,7 6,5
50% CSI 5,86 9,6 5,7 5,7 5,7 5,4
25% CSI 2,93 12,6 8,6 8,6 7,3 4,4
O uso de reaquecimento para manter a umidade relativa abaixo de 60%, simula uma
carga sensível de reaquecimento aumentando o consumo de energia
CSI Calor sensível interno
26/09/2016 39
Sistemas de Água Gelada - Solução
EFiciente de HVAC&R
Consumo Médio de Energia
Elétrica
Consumo ponderado pelo valor integrado de carga térmica parcial (IPLV)
Resfriamento Derivação Vazão de
Derivação
do ar de
Sistema
DOAS
IPLV Reaquecimento de ar serp. ar variável retorno Refr
% kW kW kW kW kW
Capacidade 100% 1% 0,08 0,08 0,08 0,08 0,08
Capacidade 75% 42% 2,82 2,82 2,82 2,82 2,73
Capacidade 50% 45% 4,34 2,55 2,55 2,55 2,45
Capacidade 25% 12% 1,51 1,03 1,03 0,87 0,53
Consumo médio 100% 8,74 6,48 6,48 6,32 5,78
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Sistemas de Água Gelada - Solução Eficiente para HVAC&R

  • 1. 13º COBEE Expoeficiência 2016 Chillers e Sistemas de Água Gelada – Ainda a Solução mais Eficiente para HVAC&R 26/09/2016 1 Sistemas de Água Gelada - Solução EFiciente de HVAC&R
  • 2. Normas de Eficiência Energética • Introdução • Saber como (know how) • Saber por que (know why) • Condicionamento de ar • Carga térmica • Sistemas de condicionamento de ar • COP – Coeficiente de desempenho 26/09/2016 2 Sistemas de Água Gelada - Solução EFiciente de HVAC&R
  • 3. Know How e Know Why • Existe uma grande diferença entre – Saber como “know how” – baseado na experiência sendo o seu desenvolvimento bastante limitado, passo a passo – Saber por que “know why” – a ciência possibilita o por que através de princípios fundamentais e leis da natureza • Normas (Standards) normalmente informam o saber como reproduzir algo conhecido e de desempenho comprovado (know how) 26/09/2016 3 Sistemas de Água Gelada - Solução EFiciente de HVAC&R
  • 4. Saber Como e Saber Por Que • Segundo Willis Carrier o Ar-Condicionado é • “…o controle da umidade do ar, tanto aumentando ou reduzindo o seu conteúdo de umidade. Somado ao controle de umidade está o controle da temperatura aquecendo ou refrigerando o ar, a purificação do ar pela lavagem ou filtragem e, o controle da movimentação do ar e da ventilação (renovação do ar).” 26/09/2016 4 Sistemas de Água Gelada - Solução EFiciente de HVAC&R
  • 5. Willis Carrier - Know Why • 1902 - Desenvolveu as fórmulas para seleção e aplicação de ventiladores usados em caldeiras • 1902 - O primeiro projeto de aquecimento, refrigeração, desumidificação e umidificação de uma gráfica, a Sackett-Wilhelms Lithographing Company para operar o ano todo • 1904 - A construção de lavadores de ar para a partir do controle ponto de orvalho refrigerar e umidificar. O sistema funcionou tão bem que em um ano instalou 200 sistemas • 1911 - “Rational Psychrometric Formulae” onde apresentava as relações básicas entre a temperatura de bulbo seco, ponto de orvalho, saturação adiabática ou temperatura de bulbo úmido, calor latente e calor sensível • O conhecimento da Psicrometria foi fundamental para desenvolver os equipamentos (lavadores de ar), estabelecer os pontos operacionais (ponto de orvalho) e para o cálculo da carga térmica 26/09/2016 5 Sistemas de Água Gelada - Solução EFiciente de HVAC&R
  • 6. Theatro Municipal do Rio de Janeiro Memória da refrigeração e do ar condicionado no Brasil – Cristiane Di Rienzo 26/09/2016 6 Sistemas de Água Gelada - Solução EFiciente de HVAC&R
  • 7. 1909 Theatro Municipal do Rio de Janeiro • Primeira instalação de refrigeração mecânica nas Américas – Na época se produzia gelo e o gelo era colocado em cestas para resfriamento do ar • Instalação feita pela Siemens (Alemanha) • Condicionadores de ar pela empresa Borsig Berlim Tegal • Capacidade de refrigeração de 66 tr com um motor de 82 cv com 0,91 kW/tr condensação a água • Refrigerante dióxido de enxofre SO2 • 100% de vazão de ar externo: 100.000 m3/h para 1739 pessoas com 57,5 m3/h*pessoa • Tanque volante térmico de 70 m3/h com salmoura • Objetivo manter internamente um temperatura de 10ºC abaixo da temperatura externa. Operação Manual • Poucas empresas detinham o know how ou muito menos o know why para instalações de condicionamento de ar. • Fonte – Livro – Memória da Refrigeração e do Ar Condicionado no Brasil – autora Cristiane Di Rienzo 26/09/2016 7 Sistemas de Água Gelada - Solução EFiciente de HVAC&R
  • 8. Frio Alimentar • Frigorífico Renner fundado em 1912 no município gaúcho de Montenegro por Jacob Renner • Atender ao mercado da carne • Produção de gelo para pescado em Marcelino Ramos (RS). Primeira máquina de produzir gelo no Brasil. Ewaldo Wosiack em 1937 26/09/2016 8 Sistemas de Água Gelada - Solução EFiciente de HVAC&R
  • 9. Instalação de Ar-Condicionado • CEIBRASIL representações Ltda. • Fundada no Rio de Janeiro, RJ, em 1934 • Fundadores: – Nanto Junqueira Botelho e – Erik Dunlop Coachman – Estágios nas empresas Carrier, General Electric e Buffalo Co. • Jockey Club do Rio de Janeiro em 1934 operou até 1975 – Potência consumida do compressor 5 hp – Refrigerante Cloreto de Metila – Caráter experimental em uma sala para 25 pessoas, caso não fosse aprovado o sistema seria devolvido e não haveria despesas ao usuário – Grande receio do ar condicionado ser prejudicial a saúde • O desconhecimento da qualidade do ar (temperatura) e o seu efeito sobre as pessoas 26/09/2016 9 Sistemas de Água Gelada - Solução EFiciente de HVAC&R
  • 10. Ar-Condicionado – Ar Refrigerado • Mantém e controla as seguintes variáveis de um ambiente fechado: – Temperatura de bulbo seco, através de aquecimento e/ou refrigeração – Umidade absoluta, através da umidificação e/ou desumidificação – Nível de energia radiante – Melhora a qualidade do ar do ambiente pela mistura ar externo com o ar de retorno e através da filtragem do ar de insuflação – Movimenta e distribui o ar • Alguns condicionadores de ar podem não atender a todos estes itens, exemplo: – Minisplit – Ar Refrigerado • Controle somente da temperatura de bulbo seco • Filtros e distribuição do ar deficiente • Atendimento às normas 26/09/2016 10 Sistemas de Água Gelada - Solução EFiciente de HVAC&R
  • 11. Carga Térmica Ganho de calor Temperatura Ambiente Perda de calor Sistema de Refrigeração Sistema de Aquecimento Frio Quente Fonte: Programa SMACNA de Educação Continuada em Tratamento de Ar 26/09/2016 11 Sistemas de Água Gelada - Solução EFiciente de HVAC&R
  • 12. Consumo de Energia Elétrica • A energia elétrica é um recurso finito em termos de: – Potência gerada – Capacidade de distribuição – Energia armazenada (água em barragens) – Lembrem-se dos apagões e do seu alto custo – Janeiro de 2015 aumento da demanda de energia elétrica provocou o apagão • Foi o ar condicionado? • É importante a redução do consumo 26/09/2016 12 Sistemas de Água Gelada - Solução EFiciente de HVAC&R
  • 13. Consumo de Energia Elétrica • É importante o controle da carga térmica, a operação correta e a manutenção • Sistemas de elevada carga térmica devido ao seu projeto arquitetônico, com operação e manutenção deficiente podem usar equipamentos, sistemas de alta eficiência e mesmo assim consumirem em excesso • É importante caracterizar o consumo em função das condições climáticas, da área construída, uso da instalação – Índice do uso de energia EUI (Energy Utilization Index) • Unidades kBtu/(ft2*year) • SI kW*h/(m2*ano) ou MJ/(m2*ano) 26/09/2016 13 Sistemas de Água Gelada - Solução EFiciente de HVAC&R
  • 14. Resumo da Estimativa das Cargas Térmicas Verão – Refrigeração/desumidificação • Temperatura e da umidade externa • Temperatura e umidade interna • Espaços adjacentes condições especiais • Coeficientes de transmissão de calor e as áreas das superfícies opacas externas/internas • Insolação por superfícies transparentes • Infiltração de ar: vento envoltória características da fachada • Calcular a perda de calor/umidade interna • Geração de calor interna: pessoas iluminação, equipamentos etc • Renovação e carga de ar externo Inverno – Aquecimento/umidificação • Temperatura e da umidade externa • Temperatura e umidade interna • Espaços adjacentes condições especiais • Coeficientes de transmissão de calor e as áreas das superfícies externas/internas • Infiltração de ar: vento envoltória características da fachada • Calcular a perda de calor/umidade interna • Renovação e carga de ar externo 26/09/2016 14 Sistemas de Água Gelada - Solução EFiciente de HVAC&R
  • 15. Redução da Carga Térmica • Arquitetura – Envoltória do Edifício - Clima – Forma construtiva: área transparente e opaca à insolação – Isolamento e inércia térmica – Infiltrações de ar – Carga térmica – Iluminação • A análise da envoltória deve sempre considerar simultaneamente as seguintes características: – Carga térmica – transmissão, insolação e infiltração – Luz natural X artificial – Equipamentos de condicionamento de ar – Custo inicial X custo operacional 26/09/2016 15 Sistemas de Água Gelada - Solução EFiciente de HVAC&R
  • 16. Sistemas de Refrigeração • Uso – Temperatura • Material resfriado/congelado • Ar externo • Ar interno – Isolamento térmico – Produto: manutenção, congelamento etc. – Elementos internos: pessoas, iluminação, equipamentos etc – Renovação de ar/Infiltração (abertura de portas) – Ciclo de degelo – Carga térmica 26/09/2016 16 Sistemas de Água Gelada - Solução EFiciente de HVAC&R
  • 17. Valores de Projeto ASHRAE Fundamentals Handbook 2005 Chapter 17 Energy Resources Descrição Unidades Brasil ASHRAE 2001 ASHRAE 2005 Iluminação Instalada W/m2 12 14 8,6 Calor sensível W/m2 122 63 47 Aquecimento W/m2 ?? 47 32 Pressão do sistema de ventilação Pa 1000 1000 1000 Vazão de ar insuflada M3/h*m2 28 18 18 Potência elétrica geral W/m2 50 48 32 Potência Térmica geral W/m2 M2/Tr 140 25 95 37 63 55 Pressão do sistema de água kPa 300 210 210 Refrigerador de água condensação a água COP kW/kW kW/Tr 5,9 0,59 5,9 0,59 7,1 0,49 Equipamentos Auxiliares COP kW/kW kW/Tr 20 0,18 25 0,14 25 0,14 Equipamentos Unitários condensação a água COP kW/kW KW/Tr 3,57 0,98 3,57 0,98 3,57 0,98 26/09/2016 17 Sistemas de Água Gelada - Solução EFiciente de HVAC&R
  • 18. Valores de Referência de Projeto ASHRAE Pocket 2013 Guide tabela 12.1 Classificação Ocupação m2/pessoa Iluminação e outras cargas elétricas W/m2 Carga de refrigeração m2/kW Menor Média Alta Menor Média Alta Menor Média Alta Apartamento 30,2 16,3 9,3 7,3 9,2 11,8 11,9 10,6 9,2 Auditórios 1,4 1,0 0,6 5,4 7,5 9,7 10,6 6,6 2,4 Escolas 2,8 2,3 1,9 8,1 10,8 11,8 6,3 4,9 4,0 Hoteis 18,6 13,9 9,3 5,4 8,1 10,8 9,2 7,9 5,8 Escritórios 12,1 10,2 7,4 22 27 43 9,5 7,4 5,0 Residencial 55,7 37,2 18,6 5,4 10,8 16,1 15,8 13,2 10 Restaurante 1,6 1,4 1,2 5,4 10,8 16,1 3,6 2,6 2,1 Potência de refrigeração: 3,516 kW = 1,0 tr = 12.000 BTU/h Carga térmica 3,516 m2/kW = 1 m2/tr. Valor médio para: Escritório de 7,4 m2/kW = 26 m2/tr, no Brasil é em torno de 6,25 m2/kW = 22 m2/tr Apartamentos 10,6 m2/kW = 37,3 m2/tr, no Brasil é em torno de 5,7 m2/kW = 20 m2/tr 26/09/2016 18 Sistemas de Água Gelada - Solução EFiciente de HVAC&R
  • 19. Carga Térmica - Comentários • Os valores empregados no Brasil são superiores aos americanos • Envoltória – Menor isolamento térmico pelas paredes – Maior insolação pelo vidro das janelas – Infiltração de ar – fachadas/janelas certificadas – Projeto integrado: considerando simultaneamente transmissão, insolação, infiltração iluminação natural e sistema de condicionamento de ar • Maior carga de tomadas 25 W/m2 – 50 W/m2 • Automação projetada e operada de forma limitada • Controle de umidade deficiente ou de elevado consumo – Recomendado equipamento dedicado de tratamento do ar externo 26/09/2016 19 Sistemas de Água Gelada - Solução EFiciente de HVAC&R
  • 20. 20 Consumidores de Energia • Equipamento de transferência de calor – Transferência de calor do menor nível de temperatura (fonte) para o maior nível e temperatura (sumidouro) • Equipamentos de troca de calor – Troca de energia do ponto de maior temperatura (fonte - ambiente) para o de menor temperatura (sumidouro – trocador de calor) • Equipamentos de transporte de calor – Movimentação do ar do ambiente e ou do fluido de transporte do calor (água, solução, refrigerante) 26/09/2016 Sistemas de Água Gelada - Solução EFiciente de HVAC&R
  • 21. 21 Consumidores de Energia • Equipamento de transferência de calor – consumo de energia para: – Aumentar a pressão de saturação: maior temperatura de condensação – Menor diferencial de pressão – menor consumo • Ciclo de compressão a vapor – Compressor – Dispositivo de expansão • Ciclo de absorção – Absorvedor do vapor – Bomba de solução – Gerador do vapor 26/09/2016 Sistemas de Água Gelada - Solução EFiciente de HVAC&R
  • 22. 22 Consumidores de Energia • Equipamento de transporte de calor – bombas e ventiladores – Bombeamento de fluidos térmicos normalmente sem mudança de fase • ar, água, soluções e outros • Potência diretamente proporcional a vazão em volume e o diferencial de pressão • Trocadores de calor – Quanto maior a área de troca, mantida a velocidade ideal de troca de calor, menor é a aproximação de troca de calor • Aproximação no fan & coil = TAret ºC – TEAG ºC • Aproximação no evaporador = TSAG ºC – TEV ºC • Aproximação no condensador = TCD ºC – TEACd ºC • menor consumo do compressor quanto maior for a evaporação e menor a condensação – Ar/refrigerante – Ar /água – Água/refrigerante 26/09/2016 Sistemas de Água Gelada - Solução EFiciente de HVAC&R
  • 23. 23 Consumidores de Energia • Coeficiente de Eficácia COP • O que desejo/gasto em obter • Potência de refrigeração/potência de funcionamento kW/kW • Potência de aquecimento/potência de funcionamento kW/kW • Relação kW/Tr – potência de funcionamento/potência de refrigeração para equipamentos acionados pela energia elétrica • EER Energy Efficiency Ratio – BTU/(h.Watt) • SCOP Anual COP Sazonal e SEER – leva em conta a energia anual de refrigeração/consumo anual 26/09/2016 Sistemas de Água Gelada - Solução EFiciente de HVAC&R
  • 24. 24 Coeficiente de Desempenho • Ciclo de Refrigeração de Carnot • COP = CE = Tfonte (K)/(Tsumidouro – Tfonte) (K) – Tfonte é a temperatura da fonte em graus Kelvin – Tsumidouro é a temperatura do sumidouro em graus Kelvin • COPmax – temperatura do ambiente interno e do ambiente externo – COP teórico – Ex: Tfonte = 25 ºC e Tsumidouro = 35ºC COP = 29,8 • COPreal – capacidade de refrigeração líquida / consumo total do sistema fan & coil + bombas + refrigerador de água + Torre de resfriamento – COP = 3,5 26/09/2016 Sistemas de Água Gelada - Solução EFiciente de HVAC&R
  • 25. 25 Coeficiente de Desempenho • COPmax – temperatura do ambiente interno e do ambiente externo – máximo COP • COP do fluído intermediário – expansão indireta considera a temperatura do fluído de refrigeração (água ou solução) e de rejeição de calor (água) • COP do trocador de calor – considera as temperaturas do fluido de refrigeração e de rejeição de calor – Expansão direta – temperatura de evaporação e de condensação – Expansão indireta – temperatura da solução gelada e da água de condensação • COP do refrigerante a partir das diferenças de entalpia de evaporação e de compressão • COP do compressor • COPreal do Refrigerador de Água – capacidade de refrigeração líquida / consumo do sistema • COPsistema Potência útil de Refrigeração (sensível+latente)/potência total de consumo (compressor+ventiladores+bombas) 26/09/2016 Sistemas de Água Gelada - Solução EFiciente de HVAC&R
  • 26. 26 CE e kW/Tr Típicos AC Equipamento CE (COP) kW/Tr Recíprocos/scroll condensação a ar 2,7 1,3 Recíprocos/scroll condensação a água 3,5 1,0 Parafusos condensação a ar 3,0 1,2 Parafusos condensação a água 6,0 0,6 Centrífugos condensação a água 6,4 0,52 Ejetor de Vapor condensação a água 0,5 Absorção de simples estágio 0,7 Centrífugo com turbina 1,0 Absorção de duplo efeito 1,1 Absorção de triplo efeito 1,4 Absorção de queima direta 1,3 Centrífugo com motor a gás 1,8 Condições de operação: Refrigeradores de água TEAG = 12 ºC, TEARCD 35 ºC, TEAGCD 30 ºC ElétricosCalor/Queima 26/09/2016 Sistemas de Água Gelada - Solução EFiciente de HVAC&R
  • 27. 27 Equipamentos de Transporte de Calor • Lei dos ventiladores – ventilador associado a um sistema • Vazão de ar é proporcional a rotação • O diferencial de pressão é proporcional ao quadrado da rotação • A potência é proporcional ao cubo da rotação • Aumento de 10% na vazão do ventilador – Aumento de 10% na rotação – Aumento de 21% no diferencial de pressão – Aumento de 33% na potência consumida • Importante maior diferencial de temperatura com fluxo constante • Importante fluxo variável e diferencial de temperatura constante 26/09/2016 Sistemas de Água Gelada - Solução EFiciente de HVAC&R
  • 28. 28 Equipamentos de Transporte de Calor • Absorção/Rejeição de Calor – Ar Úmido – Calor sensível qs kW= m kg/s*cpu kJ/kg*ºC*Dt ºC – Calor latente ql kW= m kg/s*DW kg vapor/kg ar seco* hlv kJ/kg ºC – Calor total qt kW= m kg/s * Dh kJ/kg – Onde: • m vazão em massa do fluido kg/s • cpu calor específico do ar úmido kJ/kg • Dt variação da temperatura do fluido ºC • Dh variação de entalpia do fluido kJ/kg*ºC • DW variação da umidade absoluta kg vapor/kg ar seco • hlv calor latente de vaporização/condensação da água 26/09/2016 Sistemas de Água Gelada - Solução EFiciente de HVAC&R
  • 29. 29 Vazão de Ar de Insuflação A B A – Seleção convencional 24ºC UR 50% - 11ºC UR - 92% PO = 9,5 B – Seleção de baixa vazão de ar de insuflação 26ºC e UR 40% - 9ºC UR 90% - PO = 7ºC - Vazão de ar 76% da convencional 43% da potência consumida FCS 80% 26/09/2016 Sistemas de Água Gelada - Solução EFiciente de HVAC&R
  • 30. 30 Comparação de Sistemas de AC 1000 Tr Ventilador Bomba Bomba Ventilador Consumo de AC ref. 1000 Tr Ar Água Equipam. Água Equipam Total Janela 1250 1250 Minisplit 1250 1250 Self a ar 1350 1350 Self a água D t 5,5ºC 1000 79 44 1123 Self a água D t 8ºC 1002 54 44 1100 Self a água D t 5,5ºC Sensível 1150 81 111 1342 Refrig. de água Scroll a ar D t 5,5ºC 76 61 1250 1387 Refrig. de água Scroll D t 5,5ºC 76 61 900 77 44 1158 Refrig. de água Scroll D t 8ºC 61 42 902 53 44 1102 Refrig. de água Parafuso a ar 76 61 1200 1337 Refrig. de água Parafuso D t 5,5ºC 76 61 700 73 44 955 Refrig. de água Parafuso D t 8ºC 61 42 720 51 44 918 Refrig. de água Centrífugo D t 5,5ºC 76 61 550 71 44 802 Refrig. de água Centrífugo D t 8ºC 61 42 570 49 44 766 Os valores poderão variar em função da escolha e da hipótese feita 26/09/2016 Sistemas de Água Gelada - Solução EFiciente de HVAC&R
  • 31. Controle Simultâneo de Temperatura e de Umidade • Para o controle simultâneo da temperatura e da umidade é obrigatório a redução da carga latente do ar externo de renovação de ar antes de ser misturado com o ar de retorno • Para a remoção da umidade do ar externo ou do ar de mistura (insuflação) é necessário resfria-lo a um ponto de orvalho de 10ºC a 13ºC • O ideal é usar um sistema dedicado de tratamento do ar externo DOAS 26/09/2016 31 Sistemas de Água Gelada - Solução EFiciente de HVAC&R
  • 32. Água Gelada com Reaquecimento por Água Quente Exaustão do ar do ambiente Tomada de ar externo Termostato Umidostato Entalpia (temperatura) ar externo x retorno 26/09/2016 32 Sistemas de Água Gelada - Solução EFiciente de HVAC&R
  • 33. Somente Resfriamento Ambiente Ar insuflado inclui reaquecimento do ventilador Ar após a serpentinaAr externo Ar de exaustão Ar de retorno Ar de mistura termostato 26/09/2016 33 Sistemas de Água Gelada - Solução EFiciente de HVAC&R
  • 34. Desempenho Trocador de Calor Controle da Umidade • É importante atender a carga sensível e carga latente, mesmo em cargas parciais • Abaixo de 30% do fluxo de água não há remoção de calor latente • Acima de 50% o desempenho é mais equilibrado para a remoção sensível e latente 26/09/2016 34 FEI Sistemas Hidrônocos 2010 ASHRAE Handbook 2008 Systems and Equipment Fluxo de projeto % 0% 20% 40% 60% 80% 100% Capacidade total % 0% 40% 60% 80% 90% 100% Capacidade sensível% 0% 40% 55% 65% 70% 72% Capacidade latente% 0% 0% 5% 15% 20% 28%
  • 35. Registro de Face e de Derivação Ambiente Ar insuflado inclui reaquecimento do ventiladorAr após a serpentina Ar externo Ar de exaustão Ar de retorno Ar de mistura Sistema de expansão direta com dois estágios controlado pela pressão de sucção termostatoumidostato Temperatura do ponto de orvalho 26/09/2016 35 Sistemas de Água Gelada - Solução EFiciente de HVAC&R
  • 36. Vazão de Ar Variável* Ambiente Ar insuflado inclui reaquecimento do ventilador Ar após a serpentina Ar externo Ar de exaustão Ar de retorno Ar de mistura Sistema de expansão direta com dois estágios controlado pela pressão de sucção Controle do ambiente pela rotação do ventilador Vazão de ar insuflada variável Vazão de ar de renovação constante termostato Controle do ponto de orvalho 26/09/2016 36 Sistemas de Água Gelada - Solução EFiciente de HVAC&R
  • 37. Derivação do Ar de Retorno Ar insuflado inclui reaquecimento do ventilador Sistema de expansão direta com reaquecimento por derivação de gás quente Ambiente Ar após a serpentinaAr externo Ar de exaustão Ar de retorno Ar de mistura termostato umidostato Temperatura do ponto de orvalho 26/09/2016 37 Sistemas de Água Gelada - Solução EFiciente de HVAC&R
  • 38. Sistema Dedicado de Tratamento de Ar Externo DOAS Ambiente Ar de exaustão Ar de retorno termostato Ar após a serpentinaAr de retorno Ar após a serpentina Ar externo O condicionador de ar externo poderá atender um ou mais zonas térmicas ou condicionadores de ar O controle do ponto de orvalho de insuflação na unidade de tratamento do ar externo permite controlar a umidade interna A entrada do ar externo poderá ser feita: A – diretamente no ambiente B - no ar de retorno Umidostato 26/09/2016 38 Sistemas de Água Gelada - Solução EFiciente de HVAC&R
  • 39. Consumo de Energia em Carga Sensível Interna Parcial CSI - calor Derivação Vazão de Derivação do Sistema Consumo Sensível Interno Resfriamento de ar serp. ar variável de ar retorno DOAS Refr Elétrico kW kW kW kW kW kW 100% CSI 11,72 7,8 7,8 7,8 7,8 7,5 75% CSI 8,79 6,7 6,7 6,7 6,7 6,5 50% CSI 5,86 9,6 5,7 5,7 5,7 5,4 25% CSI 2,93 12,6 8,6 8,6 7,3 4,4 O uso de reaquecimento para manter a umidade relativa abaixo de 60%, simula uma carga sensível de reaquecimento aumentando o consumo de energia CSI Calor sensível interno 26/09/2016 39 Sistemas de Água Gelada - Solução EFiciente de HVAC&R
  • 40. Consumo Médio de Energia Elétrica Consumo ponderado pelo valor integrado de carga térmica parcial (IPLV) Resfriamento Derivação Vazão de Derivação do ar de Sistema DOAS IPLV Reaquecimento de ar serp. ar variável retorno Refr % kW kW kW kW kW Capacidade 100% 1% 0,08 0,08 0,08 0,08 0,08 Capacidade 75% 42% 2,82 2,82 2,82 2,82 2,73 Capacidade 50% 45% 4,34 2,55 2,55 2,55 2,45 Capacidade 25% 12% 1,51 1,03 1,03 0,87 0,53 Consumo médio 100% 8,74 6,48 6,48 6,32 5,78 Consumo a 100% 7,8 7,8 7,8 7,8 7,5 IPLV – Integrated Part Load Value – valor integrado de carga parcial 26/09/2016 40 Sistemas de Água Gelada - Solução EFiciente de HVAC&R
  • 41. Unidade de Tratamento do Ar Externo com Recuperação de “Frio” 26/09/2016 Sistemas de Água Gelada - Solução EFiciente de HVAC&R 41
  • 42. Unidade de Tratamento do Ar Externo com Recuperação de “Frio” 26/09/2016 Sistemas de Água Gelada - Solução EFiciente de HVAC&R 42 Trecho 1 a 2 – Roda Entálpica - Recuperação de frio – rejeição de calor TBS 35 -23,9 ºC e de umidade W 24 – 18 kg vapor/kgar seco Trecho 2 a 3 – Trocador de Calor ar/água – rejeição de calor TBS 23,9 – 12,8 ºC e de umidade W 18 – 11 kg vapor/kgar seco Trecho 3 a 4 – Tubo de Calor - Recuperação de calor sensível TBS 12,8 – 18,3 ºC Final – Trocador de calor ar/água - Aquecimento
  • 43. ANSI/AHRI 210/240-2008 with Addenda 1 and 2, Performance Rating of Unitary Air-Conditioning & Air-Source Heat Pump Equipment 26/09/2016 43 Sistemas de Água Gelada - Solução EFiciente de HVAC&R
  • 44. AHRI Standard 551/591 (SI)-2015 with Errata, Performance Rating of Water-chilling and Heat Pump Water-heating Packages Using the Vapor Compression Cycle 26/09/2016 44 Sistemas de Água Gelada - Solução EFiciente de HVAC&R
  • 45. ANSI/AHRI 1230-2010 with Addendum 2: Performance Rating of Variable Refrigerant Flow (VRF) Multi-Split Air- Conditioning and Heat Pump Equipment 26/09/2016 45 Sistemas de Água Gelada - Solução EFiciente de HVAC&R
  • 46. ANSI/AHRI 1230-2010 with Addendum 2: Performance Rating of Variable Refrigerant Flow (VRF) Multi-Split Air- Conditioning and Heat Pump Equipment 26/09/2016 46 Sistemas de Água Gelada - Solução EFiciente de HVAC&R
  • 47. Conclusão • Conhecimento – know how e know why • Normas – fornecem um know how • Redução da carga térmica – menor consumo • Projeto considerando as necessidades da instalação • Instalação conforme o projeto • Teste ajuste e balanceamento • Operação e manutenção mantendo o sistema conforme projetado • Comissionamento 26/09/2016 Sistemas de Água Gelada - Solução EFiciente de HVAC&R 47