CAG Otimizada para Sistemas com Vigas Frias, Resfriamento
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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