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

PARTE I CENÁRIO MUNDIAL ENERGIA X EMISSÕES

Fonte: http://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/

Fonte: Manual REHVA Nº 7Adaptado da VDI 6022

Fonte: Manual REHVA Nº 7Adaptado da VDI 6022

Fonte:

Fonte:REVHA Workshops Clima 2010

Fonte:

Fonte:

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

PARTE II EFICIENTIZAÇÃO ENERGÉTICAERV – DOAS – DCV - VAV

TECNOLOGIAS DE EFICIENTIZAÇÃOTECNOLOGIAS DE EFICIENTIZAÇÃO

Fonte: http://doas.psu.edu/DOE_report.pdf

DOAS with Parallel CoolingDOAS with Parallel Cooling

Fonte:

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

BALANÇO DE VAZÕES DE AR

TRATAMENTO DO AR COMO MISTURA

CARGAS ACOPLADAS

PARTE III

PREPARAÇÃO PSICROMÉTRICADESACOPLAMENTO SENSÍVEL

XLATENTE (THIC)

RESFRIAMENTO COM MENOS AR

Fonte: ASHRAE Journal December/2009

Fonte: GUIDEBOOK No. 21 REHVA Edition

PARTE IV INTRODUÇÃO AOS PROCESSOSRADIANTES

IV. 1 VIGAS FRIAS

Fonte: GUIDEBOOK No. 21 REHVA Edition

Fonte: Manual REHVA – VigasArrefecidas

Fonte: Manual REHVA – Vigas Arrefecidas

IV. 2 PISO FRIO RADIANTE

Fonte: REHVA Guidebook nº 7

Fonte: REHVA Guidebook nº 7

Fonte: REHVA Guidebook nº 7

Fonte: ASHRAE Journal December/2009

Fonte: ASHRAE Journal December/2009

III.1 THIC POR DESSECAGEM

(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

III.2 THIC POR RESFRIAMENTO PROFUNDO

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)

FLUXOGRAMA HIDRÁULICO E DE AR DO CONSUMODUTO DE AR EXTERIOR SECO E FRIO

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

SISTEMA PARA CENTROS DE COMPRAS

MTTOTAL2.165 kWt(616 Ton)

UTARs (AHUs) MALL

MTTOTAL6.359 kWt(1.808 Ton)

UTARs (AHUs) LOJAS

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 HIDRÁULICO DO CONSUMO

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%)

PARTE VOTIMIZAÇÃO TERMODINÂMICA PORESCALONAMENTO DA PRODUÇÃO

FRIGORÍFICA

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

Consumo Real de Energia por TR de Rateio em Shoppings Centers

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)

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5

Fonte: GUIDEBOOK No. 21 REHVA Edition

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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Fonte: Ashrae Journal Jun/2006

Execução Implementação Realização