Trabalho Ufrgs Comparacao Chiller e Vrf

COMPARAO ENTRE DOIS SISTEMAS DE AR-CONDICIONADO PARA UM PRDIO HISTRICO

Orientador: Prof. Dr. Paulo Otto Beyer

Porto Alegre 2010

WELDER BOENO DE SOUZA

Monografia apresentada ao Departamento de En-genharia Mecnica da Escola de Engenharia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, co-mo parte dos requisitos para obteno do diploma de Engenheiro Mecnico.

Universidade Federal do Rio Grande do Sul Escola de Engenharia

Departamento de Engenharia Mecnica

COMPARAO ENTRE DOIS SISTEMAS DE AR-CONDICIONADO PARA UM PRDIO HISTRICO

WELDER BOENO DE SOUZA

BANCA EXAMINADORA:

Prof. Dr. Volnei Borges UFRGS / DEMEC

Prof. Dr. Paulo Smith Schneider UFRGS / DEMEC

Prof. Dr. Srgio Luiz Frey UFRGS / DEMEC

Porto Alegre 2010

ESTA MONOGRAFIA FOI JULGADA ADEQUADA COMO PARTE DOS REQUISITOS PARA A OBTENO DO DIPLOMA DE

ENGENHEIRO(A) MECNICO(A) APROVADA EM SUA FORMA FINAL PELA BANCA EXAMINADORA DO

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECNICA

Prof. Dr. Walter Jesus Paucar Casas Coordenador do Curso de Engenharia Mecnica

AGRADECIMENTOS

Em primeiro lugar agradeo a Deus pela oportunidade do dom da vida.

a minha famlia, pelo apoio e carinho e por sempre incentivaram meus estudos.

ao meu orientador, Prof. Dr. Paulo Otto Beyer, pela qualidade de ensino e pela disposio de sempre ter ajudado nos perodos crticos do trabalho

aos colegas e amigos da faculdade e da Casa do Estudante, pelo apoio nesses anos.

a minha namorada, Camila, pelo carinho e compreenso durante o perodo desse trabalho, a qual jamais esquecerei.

aos Engenheiros Mecnicos Carlos M. de Medeiros, Fbio Botega e Roger Carvalho, pela grande amizade e pelos conhecimentos transmitidos

ao Arq. Me. Rmulo Giralt pela contribuio dada nesse trabalho

Viver como andar de bicicleta: preciso estar em constante movimento para manter o equilbrio.

Albert Einstein

BOENO, W. S. Comparao entre Dois Sistemas de Ar-Condicionado para um Prdio Histrico. 2010. 21f. Monografia (Trabalho de Concluso do Curso de Engenharia Mecnica) Departamento de Engenharia Mecnica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2010.

RESUMO

Em virtude das comparaes existentes entre o sistema VRF (Vazo de Refrigerante Varivel) e o gua Gelada, este trabalho busca avaliar a eficincia energtica de ambos os sistemas, aplicados a um prdio histrico da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, em Porto A-legre. Para esse estudo, utiliza-se a ferramenta computacional EnergyPlus. O modelo constru-do desenvolvido no Google Sketchup juntamente com a ferramenta Open Studio e mode-lado de forma a representar todas as zonas da edificao. Na avaliao do consumo energtico de ambos os sistemas de ar-condicionado, so utilizadas variveis obtidas atravs de catlogos de fabricantes e ajustando as curvas de desempenho das mquinas selecionadas, busca-se a-proximar a simulao o mais prximo da realidade. Por fim, conclui-se que para esta aplica-o e com as consideraes feitas para cada sistema de ar-condicionado, o sistema VRF o mais indicado para ser aplicado ao projeto de ar-condicionado da edificao, obtendo 22,4% menor consumo eltrico, comparado ao gua Gelada.

PALAVRAS-CHAVE: Eficincia energtica, VRF, gua Gelada, EnergyPlus, Consumo eltrico.

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BOENO, W. S. Comparison between Two Systems of Air-Conditioned for a Historic Building. 2010. 21f. Monografia (Trabalho de Concluso do Curso de Engenharia Mecnica) Departamento de Engenharia Mecnica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2010.

ABSTRACT

Given the comparisons between the VRF (Variable Refrigerant Flow) and chillers, this study aims at determining the energy efficiency of both systems applied to a historic building at the Federal University of Rio Grande do Sul in Porto Alegre. For this study, it is used the compu-tational tool EnergyPlus. The constructed model is developed in Google Sketchup and Open Studio; besides it is modeled in order to represent all areas of the building. In the evaluation of energy consumption of both air conditioning systems, variables obtained from manufactur-er catalogs are used. By adjusting the performance curves of the selected machines, there is an attempt to bring the simulation closer to reality. Finally, it possible to conclude that, for this application and the assumptions made for each air-conditioning system, VRF is the most suit-able system to be applied to the design of air conditioning for the building, thus obtaining 22.4% lower power consumption compared to chilled water system.

KEYWORDS: Energy efficiency, VRF, Chilled water, EnergyPlus, Electric Consumption.

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SUMRIO

1. INTRODUO ........................................................................................................ 1

2. REVISO BIBLIOGRFICA ................................................................................... 1

3. FERRAMENTA COMPUTACIONAL ...................................................................... 2

3.1. Google Sketchup ................................................................................................................. 2

3.2. Open Studio ......................................................................................................................... 2

3.3. EnergyPlus .......................................................................................................................... 2

3.4. Equaes de Balano de Energia ...................................................................................... 3

3.5. Arquivo Climtico ............................................................................................................. 3

3.6. Variveis de Entrada ......................................................................................................... 3

3.7. Variveis de Sada ............................................................................................................. 4

4. SISTEMAS DE AR-CONDICIONADO .................................................................... 4

4.1. Sistema VRF ....................................................................................................................... 4

4.2. Sistema de gua Gelada ................................................................................................... 5 4.3. Expanso direta e indireta ................................................................................................ 5

4.4. Acoplamento dos sistemas de ar-condicionado ao .......................................................... 5

EnergyPlus ................................................................................................................................. 5

4.5. Correlaes de desempenho para refrigerao e aquecimento do sistema VRF ......... 5 4.5.1. Correlao de desempenho para refrigerao ......................................................... 5 4.5.2. Correlao de desempenho para aquecimento ........................................................ 6

4.6. Correo do desempenho da capacidade de aquecimento para o sistema de gua Gelada ........................................................................................................................................ 6

5. APRESENTAO DO PROBLEMA ...................................................................... 7 5.1. Edificao ........................................................................................................................... 7

5.1.1. Construes ................................................................................................................. 7 5.1.2. Cargas Internas .......................................................................................................... 8 5.1.2.1. Equipamentos ............................................................................................................ 8 5.1.2.2. Pessoas ....................................................................................................................... 8 5.1.2.3. Iluminao ................................................................................................................. 8 5.1.2.4. Infiltrao................................................................................................................... 8

1

5.1.3. Cronograma de Utilizao do Prdio (Schedules) ................................................... 8

6. RESULTADOS E ANLISES ................................................................................. 8 6.1. Dimensionamento do Sistema VRF.................................................................................. 9

6.2. Dimensionamento do sistema de gua Gelada ............................................................. 10 6.3. Consumo eltrico ............................................................................................................. 11

6.3.1. Consumo Eltrico com o Sistema VRF ................................................................... 11 6.3.2. Consumo Eltrico com o Sistema gua Gelada ..................................................... 12

6.4. Comparao do Consumo Eltrico entre os Sistemas de Ar-Condicionado .............. 13

7. CONCLUSES ..................................................................................................... 15

REFERNCIAS ......................................................................................................... 15

BIBLIOGRAFIA CONSULTADA .............................................................................. 16

APNDICE A DIVISO DAS ZONAS PARA SIMULAO .................................. 17

APNDICE B PROPRIEDADES TERMOFSICAS DOS MATERIAIS. ................. 18

APNDICE C CARGAS INTERNAS ..................................................................... 19

APNDICE D ROTINA DE SIMULAES PARA O DIMENSIONAMENTO DOS SISTEMAS DE AR-CONDICIONADO ...................................................................... 19

APNDICE E TABELA DE SELEO DAS UNIDADES FANCOIL ..................... 20

APNDICE F CONJUNTO MOTO-VENTILADOR ................................................ 20

APNDICE G COMPARAO INDIVIDUAL ENTRE COMPONENTES DOS SISTEMAS DE AR CONDICIONADO ...................................................................... 21

1

1. INTRODUO

Desde o aparecimento do sistema VRF (Vazo de Refrigerante Varivel) no mercado de ar-condicionado, uma comparao com o sistema de gua Gelada foi inevitavelmente feita.

Por se tratar de sistemas com a mesma aplicabilidade, o mercado no se posiciona cla-ramente entre VRF e gua Gelada. O segundo j consolidado no mercado e com vrios anos de aplicao, foi confrontado com um sistema mais novo, surgindo assim vrias questes co-mo, por exemplo, qual sistema teria uma melhor eficincia, qual apresentaria uma melhor viabilidade econmica, se ambos poderiam apresentar as mesmas condies de conforto, entre outras.

Motivado por essas questes, esse trabalho realizar a comparao entre esses dois sis-temas, aplicados em um prdio histrico da Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS. As configuraes utilizadas, para os sistemas de ar-condicionado, baseiam-se em mtodos mais comumente aplicados, utilizando-se assim o sistema de gua Gelada configu-rado com um circuito primrio, atendendo toda a edificao e o sistema VRF dividido por orientao das fachadas do prdio. A configurao adotada para o sistema de gua gelada baseia-se nas limitaes encontradas para os prdios da universidade, onde no possvel utilizar uma instalao mais complexa, por exemplo, com termo-acumulao e com mais de um circuito para o sistema. Isso ocorre principalmente pela falta de mo de obra disponvel para manuteno e operao nessas condies. Essa comparao ser feita atravs de uma anlise energtica entre esses sistemas. Assim, se espera atravs da anlise dos dados obtidos com as simulaes esclarecer as questes apresentadas e sugerir qual o melhor sistema para ser aplicado ao prdio.

2. REVISO BIBLIOGRFICA

Carotenuto (2009) realizou a anlise de um prdio histrico de elevada inrcia trmica localizado na UFRGS, em Porto Alegre. Ele dimensionou o sistema de ar-condicionado reali-zando simulaes em dias de projeto no programa Energy Plus. Realizadas as simulaes, ele optou em utilizar o sistema de ar-condicionado VRF e assim avaliar o consumo energtico da edificao com esse sistema, julgando ser mais eficiente.

Para a declarao do sistema de ar-condicionado no programa, utilizou dados de catlo-gos de fabricantes como potencia de refrigerao, vazo de ar, fator de calor sensvel e potn-cia dos ventiladores, todos eles usados para o dimensionamento das unidades evaporadoras (unidades internas). Nas unidades condensadoras (unidades externas) foram levados em conta os dados do COP (coeficiente de desempenho) de cada mquina e ajustados com as correla-es de desempenho para essas unidades.

Verificou-se que os maiores responsveis pelo consumo de energia eltrica do prdio so os equipamentos, seguidos da iluminao interna e do sistema de ar-condicionado.

Basile (2009), com o artigo VRF e gua Gelada: Eficincia est no projeto, props um questionamento sobre qual sistema possuiria uma melhor eficincia energtica. Ela salientou que esta eficincia varia de acordo com o tipo de instalao, um projeto bem especificado e boas prticas de engenharia. Na questo dos consumo de energia informou que difcil afir-mar com segurana qual teria um menor consumo energtico sem a utilizao de softwares para simulao de desempenho em edifcios.

De acordo com o artigo os principais limites de um sistema tipo VRF so o atendimento as cargas de calor sensvel e latente na maioria das aplicaes, a taxa de renovao de ar que necessita de um sistema para renovar o ar para os terminais ou para os ambientes, a limitao dos desnveis e as distncias. Quanto maior forem os desnveis e as distncias, menor ser a

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sua eficincia energtica. Na especificao de um projeto evita-se indicar sistemas de VRF para instalaes acima de 1.000TR (3.517 kW) em virtude da quantidade de equipamentos, pois no futuro pesar na manuteno. Um ponto importante o menor consumo nas unidades internas com um motor de corrente contnua quando comparados aos de corrente alternada dos sistemas de gua gelada. Uma das maiores causas do consumo excessivo dos sistemas de gua Gelada existentes a falta de operao otimizada. Para o sistema de VRF salienta-se a carga de fluido refrigerante de R-410A que muito alta e em caso de vazamento cerca de 3,5 vezes maior que comparado ao sistema de gua gelada.

Verifica-se assim, que ambos os sistemas so competitivos entre si, que cada um possui suas limitaes e benefcios e que como citado no artigo no seguro afirmar sem a utilizao de um software para simulao de desempenho em edifcios, qual sistema teria uma melhor eficincia energtica.

3. FERRAMENTA COMPUTACIONAL

Para a comparao desses dois sistemas, foi criado um modelo computacional utilizan-do-se o programa EnergyPlus. Na primeira etapa esse modelo foi desenvolvido no programa Google Sketchup, atravs do plugin Open Studio, utilizado em conjunto com o EnergyPlus.

3.1. GOOGLE SKETCHUP

um programa de modelagem 3D para ambientes de arquitetura, engenharia civil, en-genharia mecnica, entre outros. Originalmente desenvolvido pela At Last Software, esta fer-ramenta permite a construo rpida de modelos arquitetnicos. Atravs de sua interface sim-ples, o programa possibilita uma rpida modelagem do sistema.

3.2. OPEN STUDIO

Criado pela National Renawable Energy Laboratory, do Departamento de Energia dos Estados Unidos (DOE), o Open Studio um plugin que permite a utilizao das ferramentas padres do Google Sketchup para a criao e edio de zonas e superfcies utilizadas pelo EnergyPlus. Ele permite a explorao dos arquivos de entrada do EnergyPlus, utilizando to-dos os recursos 3D nativos do Google Sketchup, possibilitando a viso da geometria de qual-quer ponto de vista, aplicao de diferentes tipos de renderizao e avaliao dos efeitos de sombreamento. O Open Studio uma ferramenta disponvel gratuitamente na pgina do DOE na internet e est atualmente na verso 1.0.6.

3.3. ENERGYPLUS

Desenvolvido pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos (DOE), o EnergyPlus um programa de anlise trmica e energtica de edificaes. um software livre, atualmen-te na verso 6.0.0, disponvel na pgina do DOE na internet. Essa ferramenta permite avaliar o comportamento termo-energtico de uma edificao atravs de parmetros como, insolao, fator de sombra, temperatura dos ambientes, umidade relativa, fluxo de calor atravs das superfcies da edificao, carga trmica devido ocupao e a equipamentos alm de permitir a utilizao de diferentes sistemas de ar-condicionado. Alm disso, ele possibilita uma avaliao mensal e anual do consumo energtico da edifica-o, apresentando individualmente os valores parciais de todos os sistemas envolvidos no prdio, tal como ar-condicionado, iluminao e equipamentos.

3

3.4. EQUAES DE BALANO DE ENERGIA

A base de clculo utilizada pelo EnergyPlus para o balano de calor da zona a resolu-o da seguinte equao diferencial ordinria:

! "# !

!$%! & (1) onde

a taxa de energia acumulada na zona trmica, o somatrio das cargas

internas do ambiente, a taxa de calor devido conveco atravs das

superficies da zona trmica, ! o somatrio das taxas de calor proveni-

entes das outras zonas, "# ! a taxa de calor proveniente da infiltrao de ar ex-terno na zona e !$%! & a taxa de calor fornecida pelo sistema de ar-condicionado zona, todos em W.

3.5. ARQUIVO CLIMTICO

O arquivo climtico utilizado no EnergyPlus e por programas de simulao de energia foi desenvolvido baseando-se na necessidade de dados climticos inferiores a uma hora. O formato utilizado inclui um campo de minuto a minuto. Esses dados possuem indicadores de localizao como nome, fonte de dados, latitude, longitude, fuso-horrio, altitude, condies de pico para projeto, perodo de vero, temperaturas do solo. Incluem tambm, temperatura de bulbo seco e de orvalho, umidade relativa, radiao solar (global, difusa, direta, infraverme-lha), iluminao, direo e velocidade do vento. A montagem estatstica desses dados realizada pelo mtodo TMY (Test Metereological year). Na formao desse arquivo so selecionados os meses mais expressivos que ocorreram no perodo medido, resultando em um ano formado por meses de anos diferentes. O arquivo climtico para cidade de Porto Alegre utilizado nesse trabalho foi obtido a-travs do Laboratrio de Eficincia Energtica em Edificaes - LABEEE (2010). Esse arqui-vo possui o formato EPW (EnergyPlus Weather), formato utilizado pelo EnergyPlus. A evoluo da temperatura de bulbo seco de Porto Alegre ao longo do ano, com a curva de tendncia, pode ser vista na figura1.

Figura 1 Evoluo anual da temperatura de Bulbo Seco externa para Porto Alegre

3.6. VARIVEIS DE ENTRADA

A primeira etapa do desenvolvimento do modelo ocorre no Google Sketchup juntamente com o plugin Open Studio. Nesta fase cria-se toda a envoltria da edificao como paredes,

0

5

10

15

20

25

30

35

40

1 731 1461 2191 2921 3651 4381 5111 5841 6571 7301 8031

Temp

eratu

ra de

Bulbo

Seco

Exte

rna [

C]

Horas do Ano

PORTO ALEGRE

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forros, pisos, janelas, portas, ou seja, todas as superfcies que constituem a edificao so cri-adas com essas ferramentas. Para fins de simulao, o prdio dividido em zonas, sendo que cada zona criada corresponde a um ambiente diferente. Esse zoneamento favorece para uma simulao mais confivel, pois cada ambiente ou zona possui diferentes caractersticas. Aps o desenvolvimento do modelo arquitetnico so declarados os materiais que cons-tituem a edificao. Essa etapa ocorre no EnergyPlus, onde se especificam as caractersticas de cada superfcie, como espessura, densidade, condutividade trmica e calor especfico. Por fim, declaram-se os ganhos de calor interno que so constitudos por pessoas, equipamentos, iluminao e infiltraes.

3.7. VARIVEIS DE SADA

O EnergyPlus pode gerar diversos tipos de arquivos e variveis de sada. Esses arquivos contm as informaes obtidas atravs das simulaes realizadas com o modelo descrito. Po-rm cabe ao usurio escolher a srie de variveis e relatrios que sero gerados pelo progra-ma. Esta seleo poder variar de simulao para simulao, fazendo com que o usurio tenha flexibilidade para escolher os dados necessrios para sua anlise. Para este trabalho, solicitaram-se primeiramente as variveis necessrias para o dimen-sionamento das mquinas de ar-condicionado. Tanto para VRF e gua Gelada, os dados esco-lhidos foram: potncia de refrigerao, vazo de ar, calor sensvel, temperatura e potncia de aquecimento. Com essa seleo o programa gerou uma planilha com o valor individual de cada zona. Alm dos dados fornecidos para seleo de equipamentos o programa tambm fornece relatrios de consumo energtico. Nas simulaes feitas solicitaram-se os seguintes relatrios: consumo eltrico do ar-condicionado, o qual envolve refrigerao, aquecimento e potncia dos ventiladores, consumo eltrico dos equipamentos e iluminao interna. Esses dados foram selecionados para ambos os sistemas. Para o sistema de gua gelada foi fornecido tambm o consumo eltrico das bombas. Todos os dados gerados pelo programa foram apresentados com consumos mensais de energia.

4. SISTEMAS DE AR-CONDICIONADO

Foram utilizados nesse trabalho os sistemas de VRF e gua gelada. Eles foram escolhi-dos devido semelhana de suas aplicaes, possibilitando assim a comparao entre ambos. Para o sistema VRF foram utilizados os manuais tcnicos do fabricante Daikin (2006) e para a gua gelada os manuais tcnicos do modelo Aquasnap da Carrier (2006).

4.1. SISTEMA VRF

O VRF classificado como um sistema central em que o conjunto de unidades de tra-tamento de ar de expanso direta, geralmente instaladas dentro do ambiente a que servem (de-signadas unidades internas), cada uma operada e controlada independentemente das demais, suprido em fluido refrigerante lquido em vazo varivel (VRF) por uma unidade condensado-ra central, instalada externamente (designada unidade externa), (ABNT ,2008). Esse sistema comparado ao Split convencional, pois ambos possuem expanso direta e contam com unidade condensadora e evaporadora. Porm so sistemas que possuem limita-es bem diferentes. Enquanto o VRF pode possuir vrias unidades evaporadoras conectadas a uma condensadora, o Split trabalha apenas na relao 1 para 1, ou seja uma condensadora para uma evaporadora.

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4.2. SISTEMA DE GUA GELADA

O sistema consiste em uma central onde uma ou mais unidades de tratamento de ar de expanso indireta, cada um operada e controlada independentemente das demais, so supridas com gua gelada (ou outro fluido trmico) produzida numa central frigorgena constituda por um ou mais grupos resfriadores de gua e distribuda por bombas, em circuito fechado, (ABNT, 2008).

4.3. EXPANSO DIRETA E INDIRETA

Sistemas com expanso direta so aqueles em que o prprio fluido refrigerante realiza a troca de calor com o ambiente, ao contrrio dos sistemas com expanso indireta, no qual o fluido refrigerante troca calor com outro fluido (normalmente gua) e esse trocar calor com o ambiente.

4.4. ACOPLAMENTO DOS SISTEMAS DE AR-CONDICIONADO AO ENERGYPLUS

O programa ainda no disponibiliza um mdulo que represente o sistema de VRF, pois as equaes contidas no EnergyPlus no permitem que o sistema opere em regime parcial de potncia de refrigerao e aquecimento com vazo de fluido refrigerante varivel. Tendo como referncia Carvalho (2009) e Carotenuto (2009), utiliza-se do mdulo do EnergyPlus com sistema de ar-condicionado com ciclo reverso e serpentina de expanso dire-ta (Unitary ait-to-air heat pump system with DX expansion), corrigindo assim as correlaes de desempenho das unidades condensadoras para se adaptar ao sistema VRF. Para a gua Gelada o EnergyPlus disponibiliza mdulos onde se pode acoplar o sistema de ar-condicionado ao programa, sem a necessidade de tomar como referncia outro modelo. Porm no se tem a possibilidade de utilizar o sistema em modo Ciclo Reverso, sendo as-sim necessria a utilizao de um sistema de aquecimento separado. No presente trabalho utilizou-se o modelo de gua Gelada em ciclo reverso, realizando-se assim as correes para o desempenho da capacidade de aquecimento. Essas correes esto descritas no item 4.6.

4.5. CORRELAES DE DESEMPENHO PARA REFRIGERAO E A-QUECIMENTO DO SISTEMA VRF

O EnergyPlus apresenta em seu manual cinco correlaes de desempenho para as varia-es de capacidade de refrigerao e aquecimento e para a eficincia do aparelho de ar-condicionado. Para a adequao do sistema VRF ao programa, optou-se em utilizar as corre-laes de desempenho de capacidade e desempenho da potncia eltrica para refrigerao e aquecimento, todas elas funes da temperatura.

4.5.1. Correlao de desempenho para refrigerao

A correlao de desempenho para capacidade de refrigerao apresentada atravs de uma correlao biquadrtica que funo da temperatura de bulbo seco externa e da tempera-tura de bulbo mido interna. Essa correlao descrita da seguinte forma:

'() * ++," +,"- .+/01 2+/01- 3+,"+/01 (2)

6

onde '() corresponde ao fator de correo da capacidade de refrigerao, +," a tempera-tura de bulbo mido interna do ar e +/01 a temperatura de bulbo seco externa do ar. Atravs de uma regresso polinomial por mnimos quadrados e utilizando-se as tabelas de desempenho da capacidade de refrigerao das unidades condensadoras, disponveis no manual tcnico do equipamento, so obtidos os valores dos coeficientes a, b, c, d, e e f. A correlao de desempenho de potncia de refrigerao biquadrtica e funo da temperatura de bulbo seco externa e da temperatura de bulbo mido interna. Ela apresenta a seguinte forma:

'4) * ++," +,"- .+/01 2+/01- 3+,"+/01 (3)

onde '4) ao fator de correo da potncia eltrica de refrigerao. +," a temperatura de bulbo mido interna do ar, +/01 a temperatura de bulbo seco externa do ar e a, b, c, d, e, e f so os coeficientes da correlao biquadrtica, que so obtidos atravs da regresso polino-mial por mnimos quadrados, utilizando as tabelas de desempenho da capacidade de refrigera-o da unidade condensadora, contidas no manual do fabricante.

4.5.2. Correlao de desempenho para aquecimento

A capacidade de aquecimento apresenta uma correlao na forma cbica, que funo da temperatura de bulbo seco do ar externo. Essa correlao apresenta a seguinte forma:

'(6 * ++/01 +/01- .+/017 (4)

onde '(6 o fator de correo da capacidade de aquecimento, +/01 a temperatura de bul-bo seco do ar exterior, a, b, c e d so os coeficientes da correlao cbica, sendo obtidos atra-vs da regresso polinomial, utilizando as tabelas de desempenho da capacidade de aqueci-mento da unidade condensadora, fornecidas no manual do fabricante.

A correlao de desempenho da potncia eltrica de aquecimento apresenta uma forma cbica em funo da temperatura de bulbo seco externa. Ela descria como segue:

'46 * ++/01 +/01- .+/017 (5)

onde '46 o fator de correo da capacidade de aquecimento, +/01 a temperatura de bul-bo seco do ar exterior, e a, b, c e d so os coeficientes da correlao cbica, sendo obtidos atravs da regresso polinomial, utilizando as tabelas de desempenho da capacidade de aque-cimento da unidade condensadora, fornecidas no manual do fabricante.

4.6. CORREO DO DESEMPENHO DA CAPACIDADE DE AQUECIMEN-TO PARA O SISTEMA DE GUA GELADA

No presente trabalho utilizou-se o modelo de Ciclo Reverso para o sistema de gua Gelada. Esse modelo foi utilizado, pois os aparelhos do sistema VRF escolhidos possuem essa configurao. O EnergyPlus no possibilita a utilizao de Grupos Resfriadores (Chillers) em modo de ciclo reverso, sendo necessrio o acoplamento de um sistema de aquecimento separado. Para tanto foi declarado no programa um Boiler eltrico, que realizar o aquecimento da gua e fornecer, quando solicitado, a carga de aquecimento ao sistema. Porm para realizar essa aproximao foi necessrio corrigir o valor do consumo gerado pelo Boiler. Isso foi necess-rio, pois esse sistema de aquecimento eltrico atinge um COP de no mximo 1kW/kW.

Assim, a seguinte relao foi estabelecida:

onde o consumo eltricoBoiler com o COP de 1 kWnominal de aquecimento do Chiller cante.

5. APRESENTAO DO P

O caso apresentado nesse trabalho trataFRGS em Porto Alegre RStratar de uma edificao histrica, possui uma elevada inrcia trmica.

5.1. EDIFICAO

As zonas trmicas so definidas no uniforme (EnergyPus, 2008)como paredes, pisos, tetos, portas e janelas. Para fins de simulao a edificao conta todos os ambientes do prdio o mais prximo possvel das caractersticas arquitetnicas do prdio. Dessas 35 zonas, quatro no foram consideradas climatizadas, por se tratarem de zonas de circulao e pouca ocupao. O apndice A apresenta a diviso com suas respectivas zonas. Foram considerados os sombreamentos externos devido a rvores e prdiosda edificao. A figura 2 apresenta uma comparao entre o modelo criado no com as ferramentas do Google Sketchupsente no modelo corresponde ao mesmo horrio e dia em que a foto foi tirada.

Figura 2

5.1.1. Construes

Os elementos de construo como paredes, teldos a partir das informaes disponveis nas plantasinformaes obtidas com os arquitetos da Secretaria do Patrimnio Histrico da UFRGS.propriedades termofsicas dos mate

a seguinte relao foi estabelecida:

o consumo eltrico do Boiler corrigido, o consumo eltrico do com o COP de 1 kW/kW e o valor do COP correspondente a capacidade

nominal de aquecimento do Chiller em ciclo reverso. Esse valor obtido

5. APRESENTAO DO PROBLEMA

esentado nesse trabalho trata-se de um prdio histrico, localizado RS. Ela possui quatro pavimentos, sendo um deles subsolo e por se

tratar de uma edificao histrica, possui uma elevada inrcia trmica.

As zonas trmicas so definidas no EnergyPlus como um volume de ar a tempera, 2008), com o envoltrio constitudo de superfcies de troca tr

como paredes, pisos, tetos, portas e janelas. Para fins de simulao a edificao foi dividida em 35 zonas trmicas, levando

conta todos os ambientes do prdio o mais prximo possvel das caractersticas arquitetnicas do prdio. Dessas 35 zonas, quatro no foram consideradas climatizadas, por se tratarem de

de circulao e pouca ocupao. O apndice A apresenta a diviso com suas respectivas zonas.

os sombreamentos externos devido a rvores e prdiosA figura 2 apresenta uma comparao entre o modelo criado no

Google Sketchup, e uma foto tirada do prdio. O Sombreamento prsente no modelo corresponde ao mesmo horrio e dia em que a foto foi tirada.

Comparao entre o modelo criado e o prdio real

Os elementos de construo como paredes, telhados, pisos, janelas e portas foram obtdos a partir das informaes disponveis nas plantas-baixas e cortes da edificao, alm de

com os arquitetos da Secretaria do Patrimnio Histrico da UFRGS.propriedades termofsicas dos materiais utilizados seguem as informaes

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(6)

o consumo eltrico do valor do COP correspondente a capacidade

ciclo reverso. Esse valor obtido no manual do fabri-

istrico, localizado na U-. Ela possui quatro pavimentos, sendo um deles subsolo e por se

omo um volume de ar a temperatura , com o envoltrio constitudo de superfcies de troca trmica,

foi dividida em 35 zonas trmicas, levando-se em conta todos os ambientes do prdio o mais prximo possvel das caractersticas arquitetnicas do prdio. Dessas 35 zonas, quatro no foram consideradas climatizadas, por se tratarem de

de circulao e pouca ocupao. O apndice A apresenta a diviso de cada pavimento,

os sombreamentos externos devido a rvores e prdios no entorno A figura 2 apresenta uma comparao entre o modelo criado no Open Studio

, e uma foto tirada do prdio. O Sombreamento pre-sente no modelo corresponde ao mesmo horrio e dia em que a foto foi tirada.

o modelo criado e o prdio real

hados, pisos, janelas e portas foram obti-baixas e cortes da edificao, alm de

com os arquitetos da Secretaria do Patrimnio Histrico da UFRGS. As riais utilizados seguem as informaes conforme (ORDE-

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NES et al., 2003) e (ABNT, 2003). O apndice B trs uma tabela com as propriedades dos materiais utilizados nessa edificao.

5.1.2. Cargas Internas

As cargas internas correspondem a uma grande parcela do calor liberado ao ambiente. Essas cargas correspondem ao calor liberado por pessoas, equipamentos eltricos, iluminao e infiltraes de ar.

5.1.2.1. Equipamentos

Os equipamentos so responsveis por grande parte da carga trmica de um ambiente. Para as diversas zonas da edificao citam-se equipamentos como: computadores, impresso-ras, televisores, cafeteiras, refrigeradores. Para a carga dos equipamentos seguiram-se as re-comendaes propostas pela ABNT (2008). O apndice C apresenta uma tabela com as in-formaes das cargas de equipamentos utilizadas para cada ambiente do prdio.

5.1.2.2. Pessoas

Para a determinao do nvel de ocupao dos ambientes do prdio utilizaram-se as re-comendaes propostas pela ABNT (2008). O apndice C apresenta uma tabela com os valo-res utilizados para cada zona da edificao. Foi considerada uma taxa de renovao de ar para os ambientes de 7,5 L/s, conforme a ANVISA (2008).

5.1.2.3. Iluminao

Para a iluminao foram utilizadas as recomendaes propostas na ABNT (2008). O apndice C apresenta para ara cada ambiente do prdio a potncia de iluminao utilizada.

5.1.2.4. Infiltrao

Foi considerado que nas zonas simuladas com ar-condicionado no h infiltrao, pois se admitiu presso positiva nos ambientes quando a mquina de ar-condicionado estiver fun-cionando. Para as zonas no condicionadas, considerou-se uma troca de ar por hora de trs para a circulao e dois para o telhado.

5.1.3. Cronograma de Utilizao do Prdio (Schedules)

Nessa etapa so declarados ao sistema itens como horrios de ocupao do prdio, per-odo de uso da iluminao e equipamentos e horrios de funcionamento do ar condicionado. Esses schedules so representados no programa de forma percentual, onde o valor um repre-senta a mxima utilizao ou ocupao e zero corresponde ao valor mnimo. Essa descrio feita para todos os dias da semana abrangendo 24h, podendo-se ainda estabelecer excees para os fins de semana e feriados.

6. RESULTADOS E ANLISES

Para realizar o dimensionamento das unidades de ar-condicionado para os sistemas de VRF e gua Gelada foi realizada a rotina proposta por Carotenuto (2009) e Carvalho (2009). Os passos dessa rotina esto descritos no apndice D.

9

6.1. DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA VRF

A primeira etapa para dimensionar o sistema ocorreu realizando-se as simulaes do modelo criado em modo autosize. Nesse modo a simulao do sistema de ar-condicionado foi realizada com mquinas virtuais. O objetivo dessa simulao inicial obter as mximas po-tncias de refrigerao e aquecimento para cada ambiente da edificao. Essa simulao ocor-reu utilizando-se o arquivo climtico da cidade de Porto Alegre. Essa seleo foi baseada nas frequncias de ocorrncias cumulativas anuais de 0,4, 1,0 e 2,0% das 8760h do ano, conforme ABNT (2008). Isso significa que no valor da frequncia de ocorrncia cumulativa escolhida o ar-condicionado no ir conseguir atender a carga trmica da zona. O limite escolhido para esse trabalho foi de 0,4%, que correspondem 35h anuais. A partir das cargas trmicas para refrigerao e aquecimento, obtidas atravs da simula-o, selecionam-se as unidades evaporadoras atravs do catlogo do fabricante (Daikin, 2006). Para a seleo das unidades condensadoras agrupou-se as zonas trmicas em cinco grupos. Os grupos foram divididos por orientao geogrfica, com exceo dos Auditrios, que foram agrupados em um nico bloco. Assim, foram classificados como: Bloco Norte, Bloco Sul, Bloco Leste, Bloco Oeste e Bloco Auditrios. A tabela 1 apresenta as unidades evaporadoras selecionadas a partir da carga trmica dos ambientes, obtidos na simulao.

Tabela 1. Unidades Evaporadoras selecionadas de acordo com a carga trmica do ambiente. A referncia e os valores da capacidade de refrigerao e vazo correspondem aos valores for-

necidos no catlogo do fabricante, (Daikin, 2006).

A tabela 2 apresenta as unidades condensadoras selecionadas. A seleo da unidade externa de cada bloco leva em conta a soma das cargas trmicas calculadas que compem o grupo. Foi aplicado um fator de correo devido ao comprimento e desnvel da tubulao de

AMBIENTE BLOCO REFERNCIA QUANTIDADE

CAPACIDADE DE

REFRIGERAO (W)

CARGA TRMICA

CALCULADA (W)

VAZO DE AR DA

EVAPORADORA (l/s)

SS-IND1 NORTE FXAQ32MAVE 2 7200 7175 300

SS-IND2 NORTE FXAQ63MAVE 1 7100 6035 317

SS-IND3 SUL FXAQ40MAVE 2 9000 7616 400

SS-CEUE3 OESTE FXAQ32MAVE 1 3600 3056 150

SS-CEUE12 OESTE FXAQ63MAVE 2 14200 14075 633

SS-CAFB LESTE FXAQ63MAVE 2 14200 13177 633

SS-CAFA LESTE FXAQ50MAVE 2 11200 10823 500

1PAV-CEUEB OESTE FXAQ50MAVE 1 5600 5259 250

1PAV-CEUEA OESTE FXHQ100MAVE 2 25500 25082 833

1PAV-MEM2 NORTE FXAQ32MAVE 1 3600 3512 150

1PAV-MEM1 NORTE FXAQ63MAVE 1 7100 6358 317

1PAV-BIB LESTE FXAQ50MAVE 2 11200 10928 500

1PAV-MEMLOJ LESTE FXAQ63MAVE 2 14200 11475 633

1PAV-INF SUL FXHQ100MAVE 1 11400 10368 417

2PAV-SALCOM OESTE FXHQ63MAVE 2 14200 13812 583

2PAV-SECINT NORTE FXHQ63MAVE 2 14200 12969 583

2PAV-VICDIR NORTE FXAQ50MAVE 1 5600 5048 250

2PAV-SETCOM LESTE FXAQ50MAVE 1 5600 5145 250

2PAV-RECADM LESTE FXAQ50MAVE 2 11200 10963 500

2PAV-REU2 OESTE FXAQ50MAVE 1 5600 5570 250

2PAV-REU1 SUL FXAQ50MAVE 1 5600 5442 250

2PAV-DIR SUL FXAQ50MAVE 1 5600 4609 250

2PAV-CONS SUL FXHQ63MAVE 2 14200 14113 583

3PAV-AULA5 OESTE FXHQ63MAVE 2 14200 13243 583

3PAV-AULA4 OESTE FXHQ100MAVE 1 11200 11059 417

3PAV-AULA3 NORTE FXHQ100MAVE 1 11200 10796 417



3PAV-SECAP OESTE FXAQ40MAVE 1 4500 3853 200

3PAV-AUD1 AUDITRIOS FXFQ80MAVE 4 36000 33331 1333

3PAV-AUD2 AUDITRIOS FXFQ80MAVE 4 36000 33183 1333

10

fluido refrigerante. Os fatores de correo so obtidos no catlogo do fabricante, (Daikin, 2006).

Tabela 2. Capacidade de refrigerao para as unidades condensadoras.

Obs.: Os valores de COP correspondem ao valor de capacidade de refrigerao nominal do equipamento e conforme (ARI 440, 2005).

6.2. DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA DE GUA GELADA

Para o dimensionamento das unidades internas do sistema de gua Gelada foi utilizado o mesmo procedimento utilizado no sistema VRF. No dimensionamento do Chiller utilizou-se a soma das cargas trmicas de todas as zonas da edificao e dividiu-se esse total por dois, resultando assim na seleo de dois Chillers para o sistema. Essa escolha foi feita para garan-tir que no caso de falha de um aparelho o outro ainda opere, atendendo assim parcialmente o sistema. Os Chillers foram configurados em paralelo e atribudas diferentes prioridades de funcionamento. Em um primeiro momento entra em operao apenas um Chiller (prioridade um) e o outro fica em modo de espera (prioridade dois). Assim que o sistema necessita de mais carga de refrigerao o Chiller de prioridade dois entra em operao, suprindo assim essa solicitao. Essa configurao adotada, pois o sistema opera com apenas um circuito de refrigerao que atende todas as zonas do prdio. No aquecimento adotada a mesma meto-dologia da configurao do resfriamento, sendo que aqui so utilizados dois Boilers eltricos. Adotou-se esse procedimento para simulao de um sistema de gua Gelada com ciclo rever-so, como citado no item 4.4.

O apndice E apresenta as unidades internas de resfriamento (Fan Coils), selecionadas a partir da carga trmica dos ambientes, obtidos na simulao.

Pela comparao com a planilha de seleo do sistema VRF, nota-se que a carga trmi-ca calculada dos ambientes, para o sistema de gua Gelada, tem um acrscimo de potncia. Esse acrscimo se deve ao conjunto moto-ventilador, que tem por caracterstica a potncia eltrica dos ventiladores utilizados nas unidades Fan Coil. O apndice F apresenta as caracte-rsticas de desempenho do conjunto moto-ventilador no ciclo de refrigerao para as unidades internas, de ambos os sistemas, utilizadas neste trabalho.

A tabela 3 apresenta os dois Chillers selecionados. Essa seleo leva em conta a soma das cargas trmicas calculadas do prdio, dividindo-se o total por dois e obtendo o valor de capacidade para cada Chiller. Os equipamentos obedecem s capacidades obtidas pelo catlo-go do fabricante, (Carrier, 2006).

Tabela 3. Capacidade de refrigerao para os Chillers.

Obs.: Os valores de COP correspondem ao valor de capacidade de refrigerao nominal do equipamento e conforme (ARI 440, 2005).

BLOCO REFERNCIA

CAPACIDADE DE

REFRIGERAO (W)

CARGA TRMICA

CALCULADA (W)

COEFICIENTE DE

DESEMPENHO

(COP)

FATOR DE

CORREO DE

CAPACIDADE

CAPACIDADE DE

REFRIGERAO

CORRIGIDO (W)

COEFICIENTE DE

DESEMPENHO (COP)

NORTE RXYQ28PYL 77500 72261 3,19 0,98 75950 3,13

SUL RXYQ16PYL 45000 42148 3,17 0,99 44550 3,14

LESTE RXYQ24PYL 67400 62511 3,47 0,98 66052 3,40

OESTE RXYQ36PYL 98000 95009 2,98 0,97 95060 2,89

AUDITRIOS RXYQ24PYL 67400 66514 3,47 1 67400 3,47

PRIORIDADE REFERNCIA

CAPACIDADE DE

REFRIGERAO (W)

CARGA TRMICA

CALCULADA (W)

COEFICIENTE DE

DESEMPENHO (COP)

1 30RH065 190700 179047 3,92

2 30RH065 190700 179047 3,92

11

6.3. CONSUMO ELTRICO

O consumo mensal de energia eltrica, em kW.h, obtido para os sistemas VRF e gua Gelada representado pelo EnergyPlus como o consumo eltrico da simulao de trs grupos:

Consumo eltrico total = Edificao + Ar-Condicionado; Edificao = Iluminao + Equipamentos; Ar-Condicionado = Refrigerao + Aquecimento + Ventilao Para o sistema gua Gelada inclui-se o consumo eltrico gerado pelas bombas, o qual se-

r acrescentado no consumo do Ar-Condicionado.

6.3.1. Consumo Eltrico com o Sistema VRF

O consumo mensal do sistema VRF apresentado no grfico da figura 3. Nele apresen-ta-se a evoluo do consumo gerado mensalmente para os grupos citados no item 6.3.

Figura 3. Consumo eltrico mensal para o sistema VRF

Analisando o consumo apresentado no grfico da figura 3, o ar-condicionado apresenta uma grande participao nos meses de Vero (dezembro, janeiro, fevereiro e maro). O con-sumo maior ocorre no ms de janeiro, onde o valor consumido de 23.477 kW.h, sendo que 22.557 kW.h correspondem a refrigerao. O valor obtido para a ventilao praticamente constante, oscilando entre 800 e 990 kW.h/ms. O sistema de ar-condicionado no aquecimen-to atinge seu maior valor de consumo no ms de julho com o valor de 6.437 kW.h. Esse valor para o sistema no aquecimento leva em conta o calor gerado pelos equipamentos, iluminao e pessoas.

A figura 4 mostra a participao em porcentagem dos componentes que envolvem o consumo eltrico total anual da edificao + ar-condicionado, que de 314.420 kW.h/ano. A maior participao no consumo eltrico total anual do ar-condicionado no ciclo de refrigera-o, seguido da iluminao e dos equipamentos.

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

45000

[kW

.h]

CONSUMO ELTRICO MENSAL: EDIFICAO + AR CONDICIONADO

Edificao + Ar Condicionado

Ar Condicionado

Refrigerao

Aquecimento

Ventiladores

Edificao

Equipamentos

Iluminao Interna

12

Figura 4. Participao dos componentes no consumo eltrico total anual do prdio

6.3.2. Consumo Eltrico com o Sistema gua Gelada

O consumo mensal gerado pelo sistema gua Gelada apresentado a seguir no grfico da figura 5.

Figura 5. Consumo eltrico mensal para o sistema gua Gelada.

Semelhante ao consumo apresentado pelo sistema VRF, no sistema gua gelada o ar-condicionado representa tambm uma grande participao nos meses de Vero (Dezembro, Janeiro, Fevereiro e Maro). Entretanto nesse sistema, nota-se a grande participao nos ou-tros meses ano. O consumo maior ocorre no ms de Janeiro, onde o valor consumido de 25.878 kW.h, sendo que 21.757 kW.h correspondem a refrigerao. O valor obtido para a ventilao praticamente constante, oscilando entre 1.826 e 2.261 kW.h/ms, o que acontece tambm no consumo das bombas que oscila entre 1.817 e 2.249 kW.h/ms. O sistema de ar-condicionado no aquecimento atinge seu maior valor de consumo no ms de Julho com o va-lor de 6.341 kW.h. Igualmente ao VRF, esse valor para o sistema no aquecimento leva em conta o calor gerado pelos equipamentos, iluminao e pessoas.

A figura 6 mostra a participao em porcentagem dos componentes que envolvem o consumo eltrico total anual da edificao + ar-condicionado, que de 384.662 kW.h/ano. A maior participao no consumo eltrico total anual do ar-condicionado no ciclo de refrigera-o, seguido da iluminao e dos equipamentos.

Refrigerao36%

Aquecimento6%

Ventiladores4%

Equipamentos21%

Iluminao Interna33%

PARTICIPAO DOS COMPONENTES NO CONSUMO ELTRICO TOTAL ANUAL DO PRDIO, PARA O SISTEMA VRV.

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

45000

[kW

.h]



Ar Condicionado

Refrigerao

Aquecimento

Ventiladores

Bombas

Edificao

Equipamentos

Iluminao Interna

13

Figura 5. Participao dos componentes no consumo eltrico total anual do prdio

6.4. COMPARAO DO CONSUMO ELTRICO ENTRE OS SISTEMAS DE AR-CONDICIONADO

O grfico da figura 6, a seguir, apresenta uma comparao do consumo mensal de cada sistema de ar-condicionado, em kW.h.

Figura 6. Comparao do o consumo eltrico mensal para os sistemas de ar-condicionado.

Analisando o grfico da figura 6, verifica-se que h uma diferena de consumo eltrico entre os sistemas e que ela ocorre mais acentuadamente entre os meses de abril a novembro. Essa diferena acontece principalmente pela presena de bombas no sistema gua Gelada, ausentes no VRF, por um maior consumo dos ventiladores e do ciclo de refrigerao. O grfi-co da figura 7 ilustra essa anlise, representando o consumo anual de cada componente para ambos os sistemas de ar-condicionado. Verifica-se que o VRF consome 314.420 kW.h/ano, e o gua Gelada 384.662 kW.h o que resulta em uma diferena de consumo anual de 22,4%.

Refrigerao , 38%

Aquecimento, 5%

Ventiladores, 6%Bombas, 6%

Equipamentos , 17%

Iluminao Interna, 27%

PARTICIPAO DOS COMPONENTES NO CONSUMO ELTRICO TOTAL ANUAL DO PRDIO, PARA O SISTEMA GUA GELADA.

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

45000

[kW

.h]


Edificao + Ar Condicionado (VRF)

Edificao + Ar Condicionado (GUA GELADA)

14

Figura 7. Comparao do consumo eltrico anual para os sistemas de ar-condicionado.

O Apndice G apresenta a comparao do consumo eltrico mensal para os ventilado-res, e para o ciclo de refrigerao entre os sistemas de ar-condicionado. O custo da energia eltrica, em R$, gasto mensalmente para as duas situaes, foi obtido utilizando uma tarifa de R$ 0,325930 / kWh, aplicada aos prdios do poder pblico, conforme (CEEE, 2010).

Na figura 8, comparam-se os valores gastos em energia eltrica pelo sistema VRF e -gua Gelada.

Figura 8. Custo mensal de energia eltrica para os sistemas de ar-condicionado

Verifica-se um custo maior para o sistema gua Gelada, principalmente nos meses de abril a novembro, em consequncia do maior consumo eltrico para o ciclo de refrigerao e dos ventiladores, alm do consumo eltrico das bombas.

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

400000

450000


Ar Condicionado

Refrigerao Aquecimento Ventiladores Bombas Edificao Equipamentos Iluminao Interna

[kW

.h/a

no

]

CONSUMO ELTRICO TOTAL ANUAL: EDIFICAO + AR CONDICIONADO

VRF

GUA GELADA

R$ 0.00

R$ 2 000.00

R$ 4 000.00

R$ 6 000.00

R$ 8 000.00

R$ 10 000.00

R$ 12 000.00

[R$

]

CUSTO MENSAL ENERGIA ELTRICA

Edificao + Ar Condicionado (VRF)

Edificao + Ar Condicionado (GUA GELADA)

15

7. CONCLUSES

Este trabalho apresentou uma comparao entre dois sistemas de ar-condicionado, VRF e gua Gelada, usualmente utilizados no mercado. Atravs das simulaes com o EnergPlus, e utilizando as correlaes de desempenho ajustadas atravs dos dados obtidos nos catlogos dos fabricantes, conseguiu-se modelar os dois sistemas de ar-condicionado o mais prximo da realidade. Com os resultados obtidos, verificou-se que o sistema VRF apresentou uma melhor efi-cincia energtica em comparao com o gua Gelada, onde a maior diferena ocorreu entre os meses de abril a novembro. Esse maior consumo do sistema gua Gelada deve-se princi-palmente a trs fatores: consumo das bombas, maior consumo dos ventiladores em relao ao VRF e consumo mais elevado do ciclo de refrigerao nos meses descritos anteriormente. Por se tratar de uma edificao com fachadas em diversas orientaes, a incidncia solar contribui para que a carga trmica do ambiente possa se elevar, ocorrendo assim a necessidade de refri-gerao em algumas zonas mesmo nos meses de inverno. Assim, a utilizao de refrigerao, mesmo que somente para algumas zonas, faz com que o sistema de gua gelada tenha que operar de forma total para poder atender a carga trmica solicitada por esses ambientes, ao contrrio do VRF que consegue suprir essa carga trmica individualmente para cada fachada da edificao. Portanto, conclui-se que para esta edificao o sistema VRF seria mais adequado, e por ter um consumo eltrico menor que o gua Gelada, que chega a 22,4%, seria o sistema mais eficiente para esta aplicao. O presente trabalho no realizou uma anlise de viabilidade econmica dos sistemas instalados e de retorno de investimento (payback) para ambos. Fica como sugesto para traba-lhos futuros a anlise econmica de cada sistema instalado na edificao e de payback, para verificar se mesmo com um consumo menor de energia eltrica pelo sistema VRF compensa-ria em termos financeiros a aplicao desse sistema na edificao.

REFERNCIAS

ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS. NBR 16401: Instalaes de ar condicionado Sistemas centrais e unitrios. Rio de Janeiro, 2008.

ASHRAE, American Society of Heating, Refrigeration and Air-Conditioning Engineers, Inc., ASHRAE Fundamentals HandBook, SI Edition, Atlanta, USA, 2009.

CARVALHO, R. O. Avaliao do Custo Energtico Anual de uma Edificao Comercial Utilizando um Software de Simulao. Monografia de Concluso de CursoEngenharia Mecnica - UFRGS, Porto Alegre, 2009.

CAROTENUTO, A. R., Anlise do desempenho termoenergtico de um prdio histrico de elevada inrcia trmica. Dissertao de Mestrado Programa de Ps Graduao em En-genharia Mecnica UFRGS, Porto Alegre, 2009.

CEEE, Companhia Estadual de Energia Eltrica do Rio Grande do Sul. Tabela de tarifa con-vencional. Disponvel em: < http://www.ceee.com.b>. Acesso: 18 de novembro de 2010.

Daikin, 2006. Engeneering Data VRF III, Heat Pump. ED 34 - 645B, Daikin Industries, Japan.

16

Carrier, 2006. Catlogo tcnico Hi-Wall Hidrnico. CT 42DC C 04/06, Carrier.

Carrier, 2006. Catlogo tcnico FanCoil 42LS gua Gelada Modelos Horizontais e Ver-ticais. CT 42LS E 04/06, Carrier.

Carrier, 2006. Catlogo tcnico 42GW. CT 42GW D 04/06, Carrier.

Carrier, 2006. Resfriadores de Lquidos com Condensao a Ar e Mdulo Hidrnico In-corporado. CT 30RA 30RH 012 a 075 D 04/06, Carrier.

ENERGYPLUS, 2010. EnergyPlus Input and Output Reference The Encyclopedic Ref-erence to EnergyPlus Input and Output, Version 6.0, Ernest Orlando Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, USA.

ENERGYPLUS, 2010. EnergyPlus Engineering Document The Reference to EnergyP-lus Calculations, Version 6.0., Ernest Orlando Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, USA.

BASILE, A. P. (2009). VRF e gua Gelada: eficincia est no projeto. Climatizao e Re-frigerao, n. 109, p. 40-49, 2009.

BIBLIOGRAFIA CONSULTADA

BEYER, Paulo Otto, et al. Simulao termoenergtica de uma sala com o Energy Plus, A ser apresentado em: X Congresso Brasileiro de Refrigerao, Ar Condicionado, Ventilao, A-quecimento e Tratamento de Ar. So Paulo, 2007.

APNDICE A DIVISO DAS ZONAS PA

Figura A1. Diviso das

Figura A

Figura A3. Diviso das zonas para o 2 Pavimento

DIVISO DAS ZONAS PARA SIMULAO

Figura A1. Diviso das zonas para o Subsolo.



17

2. Diviso das zonas para o 1 Pavimento



APNDICE B PROPRIEDADES TERMOF

Tabela B1. Composio das superfcies e principais propriedades termofsicas, dos materiais

SUPERFCIES CAMADA MATERIAL

Telhado 1 Telha francesa

Janelas 1 Vidro comum

1 Superfcie metlica

2 Camada de ar vertical

3 Superfcie metlica

1 Madeira Imbui

2 Camada de ar vertical

3 Madeira Imbui

1 Solo

2 Brita ou Seixo

3 Solo

4 Granito lixado/polido

1 Solo

2 Brita ou Seixo

3 Solo

4 Madeira Cumaru

1 Argamassa e reboco

2 Laje de concreto


4 Piso cermico

1 Placa de gesso

2 Camada de ar p/ cima

3 Laje de concreto

4 Madeira Cumaru

1 Placa de gesso


3 Madeira Cumaru

Piso 1 PAV-4 1 Madeira Cumaru

1 Madeira Cumaru


3 Madeira Cumaru

1 Madeira Garapeira

2

Poliestireno expandido

moldado

3 Compensado


5 Laje de concreto


1 Madeira Cumaru

2 Laje de concreto


1 Piso cermico


3 Laje de concreto


Piso Subssolo-1

Porta-2

Porta-1

Piso 3 PAV-1

Piso 2 PAV

Piso 1 PAV-3

Piso 1 PAV-2

Piso 1 PAV-1

Piso Subssolo-2

Forro Subssolo-1

Piso 3 PAV-2


PROPRIEDADES TERMOFSICAS DOS MATERIAIS.o das superfcies e principais propriedades termofsicas, dos materiais

utilizados na edificao.

1 Madeira Cumaru

2 Laje de concreto

3 Camada de ar p/ baixo

4 Placa de gesso

1 Madeira Cumaru


3 Placa de gesso

Forro Subssolo-4 1 Madeira Cumaru

1 Madeira Cumaru


3 Madeira Cumaru

1 Madeira Cumaru


3 Madeira Cumaru


5 Madeira Cumaru


2 Laje de concreto


4 Compensado

5


moldado

6 Madeira Garapeira


2 Laje de concreto

3 Madeira Cumaru

1 Laje mista


3 Placa de gesso


2 Laje mista


4 Placa de gesso


2 Tijolo macio



2 Tijolo macio



2 Tijolo macio


Forro 1 PAV-2

Forro 1 PAV-1

Forro Subssolo-3

Forro Subssolo-2

Forro 3 PAV-2

Forro 3 PAV-1

Forro 2 PAV-2

Forro 2 PAV-1

Parede Externa

Subssolo

Parede Externa

1 e 2PAV

Parede Externa

3PAV


2 Tijolo m acio



2 Tijolo m acio



2 Tijolo m acio



2 Tijolo m acio



2 Tijolo m acio


Parede Interna

50cm

Parede Interna

60cm

Parede Interna

15cm

Parede Interna

20cm

Parede Interna

35cm

L K R

10 1.05 2000 920 -

3 0.90 - - -

0.8 45.28 7824 500 -

Camada de ar vertical - - - - 0.12

0.8 45.28 7824 500 -

35 0.23 650 1340 -

Camada de ar vertical - - - - 0.12

35 0.23 650 1340 -

457 0.87 1361 837.7 -

200 0.70 1250 800 -

457 0.87 1361 837.7 -

Granito lixado/polido 25 3.00 2600 840 -

457 0.87 1361 837.7 -

200 0.70 1250 800 -

457 0.87 1361 837.7 -

20 0.29 1000 1340 -

25 1.15 2000 1000 -

300 1.75 2200 1000 -

25 1.15 2000 1000 -

10 0.90 1600 920 -

15 0.35 900 840 -

Camada de ar p/ cima - - - - 0.11

300 1.75 2200 1000 -

20 0.29 1000 1340 -

15 0.35 900 840 -


25 1.15 2000 1000 -

25 1.15 2000 1000 -

25 1.15 2000 1000 -


25 1.15 2000 1000 -

20 0.29 830 1340 -


30 0.04 35 1420 -

20 0.15 450 2300 -


300 1.75 2200 1000 -

25 1.15 2000 1000 -

25 1.15 2000 1000 -

300 1.75 2200 1000 -

25 1.15 2000 1000 -

10 0.90 1600 920 -

25 1.15 2000 1000 -

300 1.75 2200 1000 -

25 1.15 2000 1000 -

18


SICAS DOS MATERIAIS.

o das superfcies e principais propriedades termofsicas, dos materiais

Madeira Cumaru 25 1.15 2000 1000 -

Laje de concreto 300 1.75 2200 1000 -

Camada de ar p/ baixo - - - - 0.16

15 0.35 900 840 -

Madeira Cumaru 25 1.15 2000 1000 -


15 0.35 900 840 -

Madeira Cumaru 25 1.15 2000 1000 -

Madeira Cumaru 25 1.15 2000 1000 -

Camada de ar p/ baixo - - - - -

Madeira Cumaru 25 1.15 2000 1000 -

Madeira Cumaru 25 1.15 2000 1000 -


Madeira Cumaru 25 1.15 2000 1000 -


Madeira Cumaru 25 1.15 2000 1000 -

Argamassa e reboco 25 1.15 2000 1000 -

Laje de concreto 300 1.75 2200 1000 -


20 0.15 450 2300 -


30 0.04 35 1420 -

Madeira Garapeira 20 0.29 830 1340 -


Laje de concreto 300 1.75 2200 1000 -

Madeira Cumaru 25 1.15 2000 1000 -

120 1.05 1087 920 -


15 0.35 900 840 -


120 1.05 1087 920 -

Camada de ar p/ baixo - - - - -

15 0.35 900 840 -


750 0.90 1800 920 -



450 0.90 1800 920 -



350 0.90 1800 920 -



100 0.90 1800 920 -



150 0.90 1800 920 -



300 0.90 1800 920 -



450 0.90 1800 920 -



550 0.90 1800 920 -


19

APNDICE C CARGAS INTERNAS

Tabela C1. Cargas internas utilizadas nas simulaes

APNDICE D ROTINA DE SIMULAES PARA O DIMENSIONAMENTO DOS SISTEMAS DE AR-CONDICIONADO

POTNCIA DE

ILUMINAO

POTNCIA DE

ILUMINAO

Pessoas Pessoas/m W W W/m Pessoas

Pessoas/

m W W W/m

SS-IND1 - 0.3 600 - 16.2 2PAV-VICDIR 7 - 600 350 -

SS-IND2 - 0.3 520 - 16.2 2PAV-SETCOM 7 - 600 700 -

SS-IND3 - 0.3 600 - 16.2 2PAV-RECADM 20 - 800 1050 -

SS-CEUE3 10 - 200 500 - 2PAV-REU2 10 - 650 525 -

SS-CEUE12 40 - 900 750 - 2PAV-REU1 10 - 650 525 -

SS-CAFB 52 - 1600 2000 - 2PAV-DIR 5 - 650 350 -

SS-CAFA 20 - 2500 5710 - 2PAV-CONS 35 - 650 1750 -

1PAV-CEUEB 16 - 200 250 - 3PAV-AULA5 60 - 600 350 -

1PAV-CEUEA 80 - 1000 1000 - 3PAV-AULA4 45 - 400 350 -

1PAV-MEM2 - 0.2 900 250 - 3PAV-AULA3 40 - 400 350 -

1PAV-MEM1 - 0.2 1200 250 - 3PAV-AULA2 60 - 600 350 -

1PAV-BIB - 0.4 2600 500 - 3PAV-AULA1 30 - 400 350 -

1PAV-MEMLOJ - 0.3 2100 250 - 3PAV-SECAP 5 - 400 350 -

1PAV-INF 25 - 600 4025 - 3PAV-AUD1 120 - 3300 500 -

2PAV-SALCOM 23 - 1000 1050 - 3PAV-AUD2 120 - 3325 500 -

2PAV-SECINT 20 - 1000 1050 -

AMBIENTE

OCUPAOPOTNCIA DE

EQUIPAMENTOSAMBIENTE

OCUPAOPOTNCIA DE

EQUIPAMENTO

S

Simulao das zonas trmicas, com o arquivo climtico e unidades

internas e externas dimensionadas em autosize

Escolha da potncia de refrigerao para cada ambiente ,

obtida com a simulao, com o limite de 0,4% (35h anuais).

Seleo das unidades evaporadoras e condensadoras para o VRV e seleo dos FanCoil's e Chillers, para o sistema gua Gelada, utilizando o catlogo do fabricante. Os seguintes dados so obtidos da seleo: potncia de refrigerao e

aquecimento, vazo de ar, fator de calor sensvel, potncia dos ventiladores, e COP.

Substituio dos dados no Energy Plus em autosizepelos:

- Dados da unidade evaporadora e FanCoil: potncia de refrigerao, aquecimento, vazo de ar.

- Dados da unidade condensadora e Chiller: COP e correlaes de desempenho ajustadas pelos dados do catlogo do

fabricante;

- Correo da potncia de refrigerao da unidade condensadora devido ao comprimento das linhas frigorficas e

desnvel entre as unidades evaporadoras e condensadoras.

Simulao das zonas trmicas com os dados das unidades

evaporadoras e condensadoras ajustados

Anlise do conforto:

O ar-condicionado poder no atender um limite de no mximo 350h/ano a carga trmica da zona. Isso sigifica que durante o ano simulado a temperatura da zona ficou fora da zona de conforto, que varia ente 20,5C e 26,5C. Se aps a simulao o nmero total for superior a 350h deve-ser retornar a seleo dos

equipamentos.

20

APNDICE E TABELA DE SELEO DAS UNIDADES FANCOIL

Tabela E1. Unidades FanCoil selecionadas de acordo com a carga trmica do ambiente. A referncia e os valores da capacidade de refrigerao e vazo correspondem aos valores for-

necidos no catlogo do fabricante, (Carrier, 2006).

APNDICE F CONJUNTO MOTO-VENTILADOR

Uma das passos necessrios para a simulao dos sistemas de ar-condicionado o dimen-sionamento do conjunto moto-ventilador. As principais caractersticas para o desempenho do conjunto moto-ventilador para as unidades internas selecionadas so a potncia eltrica do motor, a vazo de ar e o acrscimo de presso do ventilador.

A potncia eltrica e a vazo de ar so obtidas atravs do catlogo do fabricante e para obter o acrscimo de presso do ventilador necessrio conhecer o valor da eficincia total do conjunto moto-ventilador, sendo que esta o produto da eficincia do motor pela eficincia do ventilador. Para esses valores de eficincia so utilizados os dados recomendados pelo EnergyPlus. As eficincias do motor e do ventilador recomendadas so 0,9 e 0,7, respectiva-mente. Portanto, a eficincia total do conjunto moto-ventilador para as unidades evaporadoras selecionadas de 0,63.

O acrscimo de presso do ventilador calculado a 101325 Pa e a 20 C, sendo que este valor corresponde a diviso da potncia eltrica do motor, em W, pela vazo de ar, em m/s, multiplicados pela eficincia total do conjunto moto-ventilador. A tabela F1 apresenta os va-lores obtidos para as unidades internas utilizadas nas simulaes.

AMBIENTE REFERNCIA QUANTIDADE

CAPACIDADE DE

REFRIGERAO (W)

CARGA TRMICA

CALCULADA (W)

VAZO DE AR TOTAL

DO(S) FAN COIL(S) (l/s)

SS-IND1 42DCA014 2 7680 7606 350

SS-IND2 42DCA024 1 6480 6397 289

SS-IND3 42DCA020 2 11200 8073 556

SS-CEUE3 42DCA014 1 3840 3239 175

SS-CEUE12 42LSA025 2 16010 14920 675

SS-CAFB 42LSA025 2 16010 13968 675

SS-CAFA 42DCA024 2 12960 11472 578

1PAV-CEUEB 42DCA020 1 5560 5437 278

1PAV-CEUEA 42LSA48 2 28204 26587 1203

1PAV-MEM2 42DCA014 1 3840 3723 175

1PAV-MEM1 42DCA024 1 6480 6428 289

1PAV-BIB 42LSA020 2 11656 11584 472

1PAV-MEMLOJ 42DCA024 2 12960 12164 578

1PAV-INF 42LSA36 1 11110 10990 488

2PAV-SALCOM 42LSA25 2 16010 14641 675

2PAV-SECINT 42LSA25 2 16010 13747 675

2PAV-VICDIR 42DCA020 1 5560 5351 278

2PAV-SETCOM 42DCA020 1 5560 5454 278

2PAV-RECADM 42LSA20 2 11656 11621 472

2PAV-REU2 42DCA024 1 6480 5904 289

2PAV-REU1 42DCA024 1 6480 5769 289

2PAV-DIR 42DCA020 1 5560 4886 175

2PAV-CONS 42LSA25 2 16010 14960 675

3PAV-AULA5 42LSA25 2 16010 14038 675

3PAV-AULA4 42LSA20 1 11656 11516 236

3PAV-AULA3 42LSA20 1 11656 11444 236

3PAV-AULA2 42LSA25 2 16010 14302 675

3PAV-AULA1 42LSA25 1 8005 7289 338

3PAV-SECAP 42DCA020 1 5560 4084 278

3PAV-AUD1 42GWC010 4 44000 35331 1944

3PAV-AUD2 42GWC010 4 44000 35174 1944

21

Tabela F1. Caractersticas de desempenho do conjunto moto-ventilador no ciclo de refrigera-o para as unidades internas.

APNDICE G COMPARAO INDIVIDUAL ENTRE COMPONENTES DOS SISTEMAS DE AR CONDICIONADO

Figura G1. Comparao do consumo mensal eltrico do ciclo de refrigerao.

Figura G2. Comparao do consumo mensal eltrico dos ventiladores

UNIDADE

EVAPORADORA

POTNCIA ELTRICA

DO MOTOR (W)

VAZO DE

AR (l/s)

ACRSCIMO DE

PRESSO DO

VENTILADOR (Pa)

UNIDADE

FANCOIL

POTNCIA ELTRICA

DO MOTOR (W)

VAZO DE

AR (l/s)

ACRSCIMO DE

PRESSO DO

VENTILADOR (Pa)

FXAQ32MAVE 40 150 168 42DCA014 50 630 180

FXAQ40MAVE 43 200 135 42DCA020 65 1000 147

FXAQ50MAVE 43 250 108 42DCA024 70 1040 153

FXAQ63MAVE 43 317 86 42LSA020 133 850 355

FXHQ63MAVE 62 292 134 42LSA025 162 1215 302

FXHQ100MAVE 130 417 197 42LSA036 328 1758 423

FXFQ80MAVE 30 333 57 42LSA048 324 2166 339

42GWC010 135 1300 236

0

5000

10000

15000

20000

25000

[kW

.h]

CONSUMO ELTRICO MENSAL: REFRIGERAO

Refrigerao (VRF)

Refrigerao (GUA GELADA)

0

500

1000

1500

2000

2500

[kW

.h]

CONSUMO ELTRICO MENSAL: VENTILADORES

Ventiladores (VRF)

Ventiladores (GUA GELADA)

Documents

Trabalho Ufrgs Comparacao Chiller e Vrf