CAG Otimizada para Sistemas com Vigas Frias, Resfriamento

Projeto Demonstrativo para o Gerenciamento
Integrado no Setor de Chillers
CAG Otimizada para Sistemas com
Vigas Frias, Resfriamento Dedicado
de Ar Externo e Chillers em Série
Eng. Francisco Dantas – Interplan
27/04/2016 – São Paulo
Execução
Implementação
Realização
ABORDAGENS
PARTE I
CENÁRIO MUNDIAL ENERGIA X EMISSÕES
PARTE II
EFICIENTIZAÇÃO ENERGÉTICA
ERV – DOAS – DCV - VAV
PARTE III
PREPARAÇÃO PSICROMÉTRICA
DESACOPLAMENTO SENSÍVEL X LATENTE
III. 1
III. 2
PARTE IV
IV.1
IV.2
PARTE V
THIC POR DESSECAGEM
THIC POR RESFRIAMENTO PROFUNDO
INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS RADIANTES
VIGAS FRIAS
PISO FRIO RADIANTE
OTIMIZAÇÃO TERMODINÂMICA
ESCALONAMENTO DA PRODUÇÃO FRIGORÍFICA
PARTE I
CENÁRIO MUNDIAL ENERGIA X EMISSÕES
Fonte: http://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/
Fonte: Manual REHVA Nº 7
Adaptado da VDI 6022
Fonte: Manual REHVA Nº 7
Adaptado da VDI 6022
Fonte:
Fonte:
REVHA Workshops Clima 2010
Fonte:
Fonte:
SISTEMAS TERMICAMENTE ATIVADOS:TRANSFORMANDO ENERGIA QUE SE
DEGRADARIA, EM ENERGIA NOBRE
CHAMINÉ
PERDAS TOTAIS = 10%
50°C
120°C
CHAMINÉ
500°C
AR ÚMIDO
PARA PROCESSO
DESUMIDIFICADOR
V3V
500°C
ÁGUA GELADA
(VEM DO PROCESSO)
DESCARGA DOS GASES
AR SECO
PARA PROCESSO
ÁGUA GELADA
(VAI AO PROCESSO)
ENTRADA
GÁS NATURAL
V3V
ENERGIA ELÉTRICA EVITADA
CHILLER ABSORÇÃO
DUPLO EFEITO
ENERGIA ELÉTRICA PARA UTILIDADES
REDUÇÃO 37% + 11% = 48%
MOTOR A GÁS
GERADOR
ÁGUA GELADA
(VEM DO PROCESSO)
ENERGIA ELÉTRICA
EVITADA
RECUPERADOS 100¨%
ÓLEO
E TURBO
RECUPERADOS 100¨%
ÁGUA GELADA
(VAI AO PROCESSO)
CHILLER ABSORÇÃO
SIMPLES EFEITO
BLOCO
DESCARGA DE GASES PARA O EXTERIOR
SEM CO-GERAÇÃO : ..........................500°C
CO-GERAÇÃO COM CHILLER : .........120°C
INTERFACE PARA
ÁGUA QUENTE PREDIAL
PARTE II
EFICIENTIZAÇÃO ENERGÉTICA
ERV – DOAS – DCV - VAV
TECNOLOGIAS DE EFICIENTIZAÇÃO
Fonte: http://doas.psu.edu/DOE_report.pdf
DOAS with Parallel Cooling
Fonte:
SISTEMA DE RESFRIAMENTO
EXEMPLO TÍPICO
ATENUADOR DE RUIDO SAIDA DE ÁGUA
19,0°C
ATENUADOR DE RUIDO
CAIXA DE MISTURA
DUTO DE RETORNO
DUTO DE
INSUFLAMENTO
40.518 L/s
15,0°C / 12,7°C
8,2 g/Kg
24,0°C
9,3 g/Kg
14,6°C /
FILTRO PLANO
MÓDULO
13,6°C
FILTRO BOLSA
DISTANCIADOR
9,3 g/Kg
SERPENTINA
VENTILADOR DE
INSUFLAMENTO
9,0°C
ENTRADA DE ÁGUA
27.168 L/s
24,0°C
50%UR
9,3 g/Kg
RETORNO
carga latente interna = 133.533 W ( 114.838 Kcal/h )
vazão de insuflamento = 40.518 L/s ( 145.865 m3/h )
114.838 Kcal/h = 1,1 g/Kg
x=
0,72 x 145.865 m3/h
40.518 L/s
INSUFLADOR
24,0°C
50%UR
9,3 g/Kg
1.80m
DISTRICT COOLING
VEMDA UNIDADE DE
TRATAMENTO DE AR EXTERNO 13.350 L/s
14,6°C
6,0 g/Kg
PISO
TECNOLOGIAS 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 PSICROMÉTRICA
DESACOPLAMENTO SENSÍVEL
X
LATENTE (THIC)
RESFRIAMENTO COM MENOS AR
Fonte: ASHRAE Journal December/2009
Fonte: GUIDEBOOK No. 21 REHVA Edition
PARTE IV
INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS
RADIANTES
IV. 1
VIGAS FRIAS
Fonte: GUIDEBOOK No. 21 REHVA Edition
Fonte: Manual REHVA – Vigas
Arrefecidas
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
PSYCHROMETRIC CHART - NORMAL TEMPERATURES
SI METRIC UNITS
Barometric Pressure 101.325 kPa SEA LEVEL
10
0
30
95
30
90%
29
28
At
Sa
tur
ati
on
kJ/
55
kg
Dry
60
Air
W
65
et
Bu
lb
70
or
Sa
tur
ati
on
Te
mp
er
atu
re
°C
TRECHO 4 - 5: RESFRIAMENTO NA C.A.G.
Hu
mi
dit
y
Re
lat
ive
24
23
22
21
25
1
23
20
(32 °C/18,8g/kg)
18,8
18
17
40
%
21
16
50
17
15
2
14
%
30
(26,4 °C/13,2g/kg)
13,2
45
En
tha
lpy
20
40
40
12
15
11
10
9
10
8
25
30
35
%
20
5
10%
4
(15,3 °C/5,7g/kg)
7
3
5,7
(52,0 °C/5,7g/kg)
(33,0 °C/5,7g/kg)
5
4
3
2
1
0
10
15,3
20
Dry Bulb Temperature °C
25 26,4
0.85
30
32 33
35
40
45
50
0.90
52
55
Moisture Content g/kg Dry Air
26
75
TRECHO 3 - 4: RESFRIAMENTO NATURAL
25
50
%
TRECHO 2 - 3: DESSECAGEM
60
%
80
TRECHO 1 - 2: RECUPERAÇÃO DE ENERGIA
26
70%
85
90
80%
27
SISTEMA DE TRATAMENTO DO AR DE RENOVAÇÃO
40
45
CARTA PSICROMÉTRICA - TEMPERATURAS NORMAIS
SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES
Pressão Barométrica 101.325 kPa Nível do Mar
11
35
40
15
30
9
10
8
7
10
9
10
8
7
6
5
6
5
0
10
20
15,3
0.80
16,5
25
24
Temperatura de Bulbo Seco °C
TRECHO 5 - 6: REAQUECIMENTO NO VENTILADOR DA UTAE
TRECHO 8 - 9: REAQUECIMENTO NO VENTILADOR DA UTAR
PONTO 10:
MISTURA AR RECIRCULADO / AR RENOVADO
TRECHO 10 - 7: EVULUÇÃO NO AMBIENTE
26,4
0.85
Umidade Absoluta
(g/kg ar seco)
12
5,7
III.2
THIC POR RESFRIAMENTO PROFUNDO
UREs (ERVs)
DADOS DO RECIFE
ESTAÇÃO + ÚMIDA
Efh = 88,3 – 60,1 = 65%
88,3 – 45,1
TOTAL
4.808 kWt
(1.367 Ton)
UTAEs (DOAS)
ERV (41%)
DADOS DO RECIFE
ESTAÇÃO + ÚMIDA
TOTAL 4.808 kWt
(1.367 Ton)
MT (34%)
TOTAL 3.990 kWt
(1.134 Ton)
Condensado Recolhido
2.410 kg/h
BT (25%)
TOTAL 2.913 kWt
(828 Ton)
Condensado Recolhido
2.202 kg/h
Reaq.
DEVOLVIDO À CAG
TOTAL 1.645 kWt
(468 Ton)
CICLO RUN AROUND
AR - ÁGUA
RESFRIAMENTO
+
DESUMIDIFICAÇÃO
1.175 kWt
(334 Ton)
FLUXOGRAMA HIDRÁULICO E DE AR DO CONSUMO
DUTO DE AR EXTERIOR SECO E FRIO
UTADs (HCUs)
MT
TOTAL 670 kWt
(191 Ton)
BT
TOTAL 1.217 kWt
(346 Ton)
Condensado
Recolhido
907 kg/h
Reaq.
DEVOLVIDO À CAG
712 kWt
(202 Ton)
CICLO RUN AROUND
AR - ÁGUA
1.175 kWt
(334 Ton)
SISTEMA PARA CENTROS DE COMPRAS
UTARs (AHUs) MALL
MT
TOTAL
2.165 kWt
(616 Ton)
UTARs (AHUs) LOJAS
MT
TOTAL
6.359 kWt
(1.808 Ton)
VGFs + PFR + FCTs
ASHRAE PSYCHROMETRIC CHART NO.1
NORMAL TEMPERATURE
BAROMETRIC PRESSURE: 101,325 kPa
R
R
110
Copyright 1992
120
,030
AMERICAN SOCIETY OF HEATING, REFRIGERATING AND AIR-CONDITIONING ENGINEERS, INC.
,029
SEA LEVEL

1.0
100
-
1.0
,028
30
1,5
2,0
SENSIBLE HEAT
TOTAL HEAT
10,0
0,5
-5,0
4,0
Qs
Qt
-2,0
-
,026
90
-4,0
-2,
0
5,0
0 ,4
0,0
30
4 ,0
0,1
-0,2
0,2
WE
T
1 ,0
5
-0,
0 ,3
-1,
0
0
,027
4
0,6
0,9
0,8
0,7
,025
BU
LB
80
TE
,024
MP
ER
AT
UR
E
,023
- °C
110
0,9
2,0
3,0
,022
2
2,5
,021
ENTHALPY
HUMIDITY RATIO
h
W
70
25
,020
,019
C
RE
,016
20
PE
40
R
IO
AT
N
20
S
%
90
New 1
New 2
0,8
E
UM
OL
6V
15
%
70
10
IC
UB
Y
DR
KG
ER
RP
TE
ME
40%
0,8
5
4
50%
5
0,8
10
-C
%
60
20
2
30%
0
,015
90
,014
,013
,012
,011
80
,010
,009
,008
,007
70
,006
,005
,004
,003
60
,002
,001
25
15
10
8
10
HUMIDITY
20
0,7
5
AIR
0,8
20%
E
10% RELATIV
DRY BULB TEMPERATURE - °C
%
80
30
20
30
15
30
45
U
AT
40
-K
M
TE
50
R
U
AT
-°
HUMIDITY RATIO - KILOGRAMS MOISTURE PER KILOGRAM DRY AIR
50
(314 Ton)
10
,017
0
1.105 kWt
TH
R
AI
8
EN
RY
0,9
J
PY
AL
LO
AM
D
0,8
TOTAL
KI
R
G
F
O
100
,018
35
AT (100%)
25
60
R
PE
120
40
50
ENTHALPY - KJ PER KILOGRAM OF DRY AIR
FLUXOGRAMA HIDRÁULICO DO CONSUMO
FLUXOGRAMA DE AR
AR EXTERIOR
DESCARGA
EXAUSTÃO
+250/8
TUBO
PITOT
+500/4
TUBO
PITOT
DDC
-500/8
ST
ERV
RV
RV
UTAE-L
UNIDADE DE TRATAMENTO
DE AR EXTERIOR
DCV
S
CO2
RETORNO
RV
+500/4
RV
VFD
-250/8
RV
ERV
EX
-250/8
-500/8
-250/8
-250/8
-500/8
(LOJAS)
+500/4
RV
ST
INSUFLAÇÃO
VAV
ST
SP
ST
RV
VFD
+250/4
UTAD
+500/4
UNIDADE DE TRATAMENTO
DO AR DE RECIRCULAÇÃO
RETORNO
REGULADORES DE VAZÃO
RV
UTAR
VAV
ST
+500/4
UTAE-M
+500/4
UNIDADE DE TRATAMENTO
DE AR EXTERIOR
UNIDADE DE TRATAMENTO
DO AR DE DESUMIDIFICAÇÃO
(MALL)
REGULADORES DE VAZÃO
+500/4
RV
RV
CASA DE MÁQUINAS
-250/8
LOJA
+500/4
LOJA
LOJA
+500/4
RV
RV
RV
VF
RV
VF
RV
VF
RV
VF
RV
VF
RV
+500/4
RV
RV
RV
VF
VIGAS FRIAS
REGULADORES DE VAZÃO
MALL NÍVEL L2
LOJA
LOJA
LOJA
+500/4
RV
RV
RV
VF
RV
VF
RV
RV
+500/4
RV
RV
VF
VIGAS FRIAS
REGULADOR DE VAZÃO
VAZIO MALL
MALL NÍVEL L1
FLUXOGRAMA DE AR TÍPICO - CASAS DE MÁQUINAS
LOJA
LOJA
LOJA
QUADRO SINÓPTICO DE DEMANDAS E POTÊNCIAS
SISTEMA PARA
CENTRO DE
COMPRAS
RECUPERAÇÃO
DE ENERGIA DE
VENTILAÇÃO
1º EST. RESF.
(AT/MT)
(14ºC/10ºC)
2º EST. RESF.
(BT)
(4ºC)
REAQ. EM CICLO
FECHADO
(RUN AROUND)
AR - ÁGUA
ÁGUA
CONSUMO/COLETA
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)
Condensado
4.613 kg/h
UTADs (HCUs)
Mall
-
670 kWt (191 Ton)
1.217 kWt
(346 Ton)
712 kWt (202 Ton)
Condensado
907 kg/h
UTARs (AHUs)
Mall
-
2.165 kWt
(616 Ton)
-
-
-
VGFs, PFR, FCTs
Mall
-
1.105 kWt
(314 Ton)
-
-
-
UTARs (AHUs) Lojas
-
6.359 kWt (1.808 Ton)
-
-
-
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)
-
Consumo
21.840 kg/h
20,7%
51,4%
COP (7,6 – 6,8)
17,8%
COP (5,6)
10,1%
25%
Condensado
UCEs (ERVs)
Mall + Lojas
Totais
Obtenção da Potência
6,8
(17,2%)
P/ 5ºC
(27,3%)
75%
Reuso
PARTE V
OTIMIZAÇÃO TERMODINÂMICA POR
ESCALONAMENTO DA PRODUÇÃO
FRIGORÍFICA
FLUXOGRAMA HIDRÁULICO DA PRODUÇÃO
19°C
M
M
TANQUES
PRESSURIZADOS
ALTERNATIVA AO THIC
POR DESSECAGEM
TANQUE DE TERMOACUMULAÇÃO
MÉDIA TEMPERATURA
10°C
TANQUE DE TERMOACUMULAÇÃO
BAIXA TEMPERATURA
4°C
TANQUE
DE
EXPANSÃO
FECHADO
VB
M
M
M
M
CHILLER - BT
CHILLER - MT
14,5°C
10°C
M
M
4°C
M
M
M
M
14,5°C
CHILLER - AT
M
RETORNO GERAL UTAs
19°C
UTARs
10°C
M
VAI ÀS UTA´s
UTAEs
4°C
RESULTADOS
Consumo Real de Energia por TR de Rateio em Shoppings Centers
RESULTADOS DE MEDIÇÃO
SISTEMA COM CARGAS
100% DESACOPLADAS
(THIC)
X
SISTEMA COM CARGAS
63% ACOPLADAS E 37% DESACOPLADAS
(VAV)
(THIC)
153 - 115
x
100
=
39,5%
153 X 0,63
1
2
3
4
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
1
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
2
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
3
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
4
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
5
Fonte: Ashrae Journal Jun/2006
Execução
Implementação
Realização