23/06/2010
ETIQUETAGEM DO PROCEL EDIFICA ASPECTO DO CONDICIONAMENTO DE AR
Nathan Mendes - PUCPR
Fernando Westphal
ETIQUETAGEM
PROCEL/INMETRO
1
23/06/2010
ENCE – Etiqueta Nacional de
Conservação de Energia
Etiqueta
Edifício Completo
Pode-se obter etiquetas parciais, por sistema
ENCE – Etiqueta Nacional de
Conservação de Energia
Etiqueta
Envoltória
Pode-se obter etiquetas parciais, por sistema
2
23/06/2010
ENCE – Etiqueta Nacional de
Conservação de Energia
Etiqueta
Envoltória + Iluminação
Pode-se obter etiquetas parciais, por sistema
ENCE – Etiqueta Nacional de
Conservação de Energia
Etiqueta
Envoltória + AC
Pode-se obter etiquetas parciais, por sistema
3
23/06/2010
ENCE – Etiqueta Nacional de
Conservação de Energia
Etiqueta
Sistemas individuais
Pode-se obter etiquetas parciais, por sistema
Peso de cada sistema na
pontuação geral
Sistema
Envoltória
Iluminação
Cond. de ar
Peso
30%
30%
40%
Pontos obtidos em função do
nível de eficiência alcançado
por um determinado sistema.
Nível Pontos
A
5
B
4
C
3
D
2
E
1
Nível de classificação em função
da pontuação geral
Nível
A
B
C
D
E
Pont. total
≥4,5 a 5
≥3,5 a <4,5
≥2,5 a <3,5
≥1,5 a <2,5
<1,5
4
23/06/2010
Condicionamento de ar
Equipamentos cobertos pelo PBE/INMETRO
Splits e aparelhos de janela
somente com comprovação
de consumo mais baixo
Pré-requisito específico:
Nível A: sombrear unidades
condensadoras de splits e
aparelhos de janela
Condicionamento de ar
Equipamentos não cobertos pelo PBE
Pré-requisitos – nível A:
1. Cálculo de carga térmica
2. Controle de temperatura por zona
3. Evitar aquecimento e
resfriamento simultâneo
4. Sistema de automação
5. Isolamento de zonas
6. Limites de potência de ventilação
7. Ciclo economizador
8. Acionamento otimizado
9. Recuperação de calor
10. Isolamento de bombas
Níveis de eficiência: tabelas de eficiência (Std 90.1)
26/05/2010 - 2 Seminário Sustentabilidade e Facilities, São Paulo, SP - Fernando Simon Westphal, Dr. Eng
5
23/06/2010
Condicionamento de ar
 Cálculo de carga térmica com métodos aceitáveis
Exemplo:
o
o
o
o
ASHRAE Handbook of Fundamentals
Trace
HAP (E20)
Programas de Simulação Energética de Edificações
(EnergyPlus, ESP-r, TRNSYS, Domus etc)
 “20 m²/TR”... Não atende!
Controle de temperatura por zona
Não atende
T
26/05/2010 - 2 Seminário Sustentabilidade e Facilities, São Paulo, SP - Fernando Simon Westphal, Dr. Eng
6
23/06/2010
VAV
Controle de temperatura por zona
T
VAV
Atende
T
26/05/2010 - 2 Seminário Sustentabilidade e Facilities, São Paulo, SP - Fernando Simon Westphal, Dr. Eng
SIMULAÇÃO DE SISTEMAS
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23/06/2010
Configuração do Sistema Primário
Parâmetros de Entrada
(Sistema Primário)
Modelo do Resfriador de Líquido
● Modelo empírico que fornece o consumo do chiller através das
temperaturas de saída da água do evaporador (Tse) e de
entrada da água do condensador (Tec) e a taxa de calor
retirada no evaporador do sistema secundário (Qe). É baseado
nas três curvas abaixo:
- Curva da capacidade em função das temperaturas:
CAPFT
a1 b1Teo
c1Teo2
d1Tci
e1Tci2
f1TeoTci
- Curva da eficiência em função das temperaturas:
EIRFT
a2 b2Teo
c2Teo2
d 2Tci
e2Tci2
f 2Teo Tci
- Curva da eficiência em função da carga parcial:
EIRFPLR
Pot
a3
b3 PLR c3 PLR 2 onde
PLR
Qe
Qe ,avaliado (Teo ,Tci )
Cap. No min al * EIR *[CAPFT ] *[EIRT ] *[ EIRPLR ]
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23/06/2010
Parâmetros de Entrada
(Sistema Primário)
Modelo do Resfriador de Líquido
Dados de Entrada
● Capacidade (kW)
● Queda de temperatura no evaporador (ºC)
● Vazão de água (L/s)
● COP
● Temperatura de saída da água no evaporador (ºC)
● Temperatura de entrada da água ou do ar no
condensador (ºC)
● Dados de desempenho para se obter os coeficientes das
curvas.
Parâmetros de Entrada
(Sistema Primário)
Modelo do Resfriador de Líquido
Dados de Desempenho Necessários:
 Variação da capacidade em função das temperaturas de entrada
do condensador e saída do evaporador.
 Variação da eficiência em função das temperaturas de entrada
do condensador e saída do evaporador.
 Variação da eficiência em função das condições de carga parcial
(25, 50, 75 e 100 %).
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23/06/2010
Parâmetros de Entrada
(Sistema Primário)
Modelo do Resfriador de Líquido
Exemplos das Curvas
Exemplo de uma curva de
eficiência em função do PLR
(carga parcial
Exemplo de uma curva de
eficiência (EIRFT) em
função das temperaturas.
Exemplo de uma curva de
capacidade (CAPFT) em
função das temperaturas.
Coeficientes das Curvas
Polinomiais do modelo
matemático do Chiller
Exemplo do Ajuste da Curva
CAPT:
CAPFT
a1
b1Teo
c1Teo2
d1Tci
e1Tci2
f1Teo Tci
Onde,
Z- é a razão entre a capacidade
atual pela capacidade nominal.
X – temperatura da água na
saída do evaporador.
Y – temperatura do ar na entrada
do condensador para o Chiller
a Ar ou temperatura da água
de condensação da entrada do
condensador para Chiller a
Água.
Ajuste da Curva CAPFT
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23/06/2010
Coeficientes das Curvas
Polinomiais do modelo
matemático do Chiller
 Segue abaixo quadro resumo com coeficientes das curvas obtidos
para alguns equipamentos de um determinado fabricante:
Equipamento
Capacidade
(KW)
COP
CAPFT (Eq. 1)
EIRFT (Eq. 2)
EIRPLR (Eq. 3)
RTAA155
531,0
2,75
A=0,8816241
B=0,0615039
C=-0,0004985
D=0,0009777
E=-0,0001096
F=-0,0007123
A=2,0501290
B=0,0266979
C=0,0003846
D=-0,0415196
E=0,0002372
F=-0,0003553
A=2,1024990
B=-1,4347960
C=0,3439976
RTAA200
668,6
2,64
A=0,5053421
B=0,0563945
C=0,0003099
D=0,0263949
E=-0,0004738
F=-0,0009853
A=2,0397820
B=0,0262165
C=-0,0005395
D=-0,0426015
E=0,0002611
F=-0,0000646
A=2,0487470
B=-0,8497879
C=-0,1800091
RTAA240
827,9
2,75
A=0,8128856
B=0,0551361
C=-0,0000709
D=0,0069322
E=-0,0001980
F=-0,0007431
A=2,0160210
B=0,0310516
C=-0,0001240
D=-0,0405658
E=0,0002270
F=-0,0003199
A=2,1624960
B=-1,0359840
C=-0,1280127
RTAA300
1.000,2
2,70
A=0,5562696
B=0,0595192
C=0,0002423
D=0,0221307
E=-0,0003960
F=-0,0010550
A=2,0645490
B=0,0182880
C=0,0000141
D=-0,0430056
E=0,0002661
F=-0,0000356
A=2,1660000
B=-0,8767992
C=-0,3040006
Parâmetros de Entrada
(Sistema Primário)
Modelo da Torre de Resfriamento
Dados de Entrada
●
●
●
●
●
●
●
Potência nominal do motor do ventilador.
Temperatura de bulbo úmido de projeto (ºC)
Temperatura de entrada da água (ºC)
Temperatura de saída da água (ºC)
Vazão de ar e de água (m3/h)
Vazão de ar (m3/h)
Capacidade (kW).
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23/06/2010
Parâmetros de Entrada
(Sistema Primário)
Modelo da Bomba de Circulação
Dados de Entrada
● Eficiência nominal do motor
● Potencia necessária nominal
● Altura manométrica nominal
● Vazão de água nominal
● Variação da potência em função da vazão para se obter
a curva do fator de ajuste de potência em carga parcial
P C0 C1PLR C2 PLR 2 C3 PLR 3
P = fator de ajuste de potência do ventilador em carga parcial.
PLR = fator de carga parcial (igual a vazão de ar atual/vazão de ar de projeto).
Configuração do Sistema Secundário
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23/06/2010
Parâmetros de Entrada (Fan-Coil)
Modelo da Serpentina de Resfriamento
Altura da serpentina (H)
Parâmetros Necessários
Comprimento da serpentina (C)
Largura da serpentina (L)
Distância entre tubos (b)
Distância entre fileiras (a)
a
Diâmetro do tubo externo (dt,ext)
Diâmetro do tubo interno (dt,int)
Espessura da aleta (e)
b
H
Número de aletas por metro
Número de fileiras
dt,int
Número de Tubos por fileira
Número circuitos
dt,ext
C
L
Condutividade térmica da aleta (kf)
Condutividade térmica do tubo (kt)
Vazão de água (l/s)
Parâmetros de Entrada (Fan-Coil)
Modelo do Motor Ventilador
Parâmetros Necessários:
Potência do motor (W)
Eficiência (%)
Vazão de ar (m3/h)
Dados suficientes para obter a variação da potência
em carga parcial
Curva da Potência em Função da Carga
Parcial:
P C0 C1PLR C2 PLR 2 C3 PLR 3
P = fator de ajuste de potência do ventilador em carga parcial.
PLR = fator de carga parcial (igual a vazão de ar atual/vazão de ar de projeto).
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23/06/2010
Curvas de desempenho
1.00
Tcond = 29.5
Tcond = 28.9
0.90
Tcond = 28.4
Eficiência (kW/TR)
0.80
Tcond = 27.8
Tcond = 27.3
0.70
Tcond = 26.7
0.60
Tcond = 26.2
Tcond = 25.6
0.50
Tcond = 25.1
0.40
Tcond = 24.5
Tcond = 23.9
0.30
Tcond = 23.4
Tcond = 22.8
Tcond = 22.3
PLR = 15%
PLR = 20%
PLR = 30%
PLR = 40%
PLR = 50%
PLR = 60%
PLR = 70%
PLR = 80%
PLR = 90%
PLR = 100%
0.20
Tcond = 21.7
Tcond = 21.2
Tcond = 20.6
Carga Parcial
Eficiência em carga parcial e diferentes
temperaturas de condensação
0.70
0.65
Eficiência (kW/TR)
0.60
0.55
21 a 22°C
0.50
22 a 23°C
0.45
23 a 24°C
0.40
acima de 24°C
0.35
0.30
0.25
0.20
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
Carga Parcial
14
23/06/2010
Chiller (Eficiência X PLR X Tcond)
31
0.30
29
0.25
Vazão (m³/s)
0.20
25
23
0.15
21
0.10
Vazão de água
Temperatura (°C)
27
TBU ext
T cond IN
T cond OUT
19
0.05
17
0:00
0:00
6:00
12:00
18:00
0:00
6:00
12:00
18:00
0:00
6:00
12:00
18:00
0:00
6:00
12:00
18:00
0:00
6:00
12:00
18:00
0:00
6:00
12:00
18:00
6:00
18:00
0:00
0.00
12:00
15
Hora
ITINERÁRIO
Sistemas de Expansão Direta
Equipamentos cobertos pelo PBE/INMETRO - Necessidades
15
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ITINERÁRIO
Sistemas de Expansão Direta
Equipamentos cobertos pelo PBE/INMETRO
Pt
tc
hw1 hw2 Wr
lp
lr
ITINERÁRIO
Sistemas de Expansão Direta
Equipamentos cobertos pelo PBE/INMETRO
Características dos condicionadores de ar
#
CTnom EERnom CSnom
(Btu/h) (Btu/hW) (Btu/h)
Tipo do
Compressor
01
02
03
04
05
06
9.060
9.900
11.960
7.150
8.100
10.546
Alternativo
Rotativo
Rotativo
Rotativo
Alternativo
Rotativo
7,0
9,4
10,1
9,8
5,5
7,6
Z CT , Z CS , Z EER
6.939
5.871
7.619
4.370
6.319
7.374
a0
a 1Tbu int
a 2 Tbu int
Vazão de ar
na condição
normalizada
(kg/s)
0,1438
0,1346
0,1495
0,0800
0,1600
0,1389
2
a 3 Tbs ext
Faixa
ensaiada de
Tbuint,e (°C)
Faixa
ensaiada de
Text,e (°C)
10,9-24,2
12,4-23,2
11,5-23,9
11,0-24,1
17,8-32,1
16,9-32,2
22,4-40,9
26,6-41,1
26,1-42,8
24,1-42,8
16,8-44,9
16,6-45,3
a 4 Tbs ext
2
a 5 Tbu intTbs ext
16
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ITINERÁRIO
Sistemas de Expansão Direta
Equipamentos cobertos pelo PBE/INMETRO
Resultados obtidos para o condicionador de ar tipo split
Ensaio
Tbsext
(°C)
0 (Norma) 34,95
1
16,84
2
16,63
3
23,71
4
23,89
5
31,11
6
30,34
7
37,25
8
37,88
9
45,34
10
44,09
Tbuint Potência AC Capacidade Total Capacidade Sensível
(°C)
(kW)
(Btu/h)
(Btu/h)
18,93
1,380
10.537
7.375
17,04
0,962
12.081
6.277
32,17
0,962
15.717
6.933
28,38
1,093
14.967
8.638
20,92
1,082
12.554
7.291
16,99
1,187
9.877
4.957
32,18
1,246
15.830
6.890
28,42
1,410
14.583
8.131
20,90
1,349
10.865
6.408
16,93
1,447
7.224
3.532
32,16
1,623
15.251
6.308
ITINERÁRIO
Simulação do Sistema DX
Equipamentos cobertos pelo PBE/INMETRO
40
2
Consumo anual (kWh/m )
35
# 01
# 01N
# 02
# 02N
# 03
# 03N
# 04
# 04N
# 05
# 05N
# 06
# 06N
30
25
20
15
10
5
0
1
17
23/06/2010
IBPSA
18
23/06/2010
Considerações finais
Dados nominais não são suficientes para estimar o desempenho energético
Nem sempre o condicionador de ar com maior eficiência energética nominal será o que proverá
menor consumo de energia em condições reais de utilização
Necessidade de melhorar catálogos, provendo informações para levantamento de curvas
características tanto de sistemas de expansão tanto direta como indireta
Necessidade de treinamento em sistemas de climatização, em projetos e em simulação
19
23/06/2010
20