Caldeira h­brida - .A Caldeira h­brida Daikin Altherma evita um funcionamento a COPs...

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  • UMA FERRAMENTA AVANADA PARA

    CONTRIBUIR PARA OS OBJETIVOS 20/20/20

    Daikin Althermahbrida

    9 Ecolgica

    9 Utilizao flexvel

    9 Energia renovvel acessvel

    Caldeira hbrida Daikin Altherma: uma soluo de aquecimento que maximiza as vertentes ecolgica e econmica

    GUA QUENTE SANITRIA

    AQUECIMENTO AMBIENTE

    FORNECIMENTO DE GS NATURAL

    AR = ENERGIA RENOVVEL

    600m

    m

    Caldeira

  • Tecnologia da

    Caldeira hbrida Daikin Altherma:

    ndice

    1. Vantagens da utilizao de uma caldeira hbrida 4

    2. Princpios do funcionamento hbrido 8

    3. Definies de eficincia 16

    4. Principais componentes na Caldeira hbrida Daikin Altherma 22

    5. Desempenho ambiental e avaliao da eficincia no custo da reduo das emisses de CO2

    da tecnologia hbrida em comparao com outras tecnologias renovveis 28

    6. A tecnologia hbrida: aplicaes 30

    7. Concluso: porque a Caldeira hbrida Daikin Altherma vai ser considerada a fonte de calor do futuro 38

    2

  • substituir a caldeira de combusto por aquecimento renovvel acessvel em habitaes Uma vez que 40% de toda a utilizao de energia primria na UE pode ser atribuda a edifcios (70% da qual utilizada para aquecimento e produo de gua quente sanitria), e dado que o mercado de renovaes representa mais de 85% do mercado total, a substituio das caldeiras de combusto por caldeiras hbridas pode ser a derradeira soluo econmica para fornecimento de energia renovvel.

    Uma caldeira hbrida combina uma bomba de calor com uma caldeira de condensao a gs, sendo que ambas podem ser utilizadas para fornecer o aquecimento ambiente necessrio para uma habitao. Dependendo da temperatura de caudal definida e da temperatura exterior, a unidade pode funcionar no modo apenas caldeira, modo hbrido (em que a caldeira e a bomba de calor funcionam em conjunto) ou no modo apenas bomba de calor. A unidade foi concebida de forma a minimizar os custos relacionados com a energia, tendo em conta os preos da energia ou a utilizao de energia primria, consoante as preferncias do utilizador. As vantagens destas poupanas energticas fazem da caldeira hbrida uma soluo ideal para a substituio de caldeiras de combusto em habitaes.

    A tecnologia hbrida altamente flexvel, tanto em relao ao tipo de edifcio como ao tipo de emissores (com possibilidade de aquecimento do piso e radiadores). tambm bastante ecolgica e consegue reduzir as emisses de CO

    2 com um custo de investimento mais baixo do que outras tecnologias renovveis existentes. Conforme

    adiante explicado, a tecnologia hbrida pode ser considerada uma opo bastante eficiente em termos de custo para contribuir para os objetivos 20-20-20 da UE.

    Alm disso, a tecnologia hbrida apresenta um design topo de gama que otimiza a eficincia, o tamanho compacto, e o nvel de rudo. Tambm permite um fcil funcionamento e monitorizao da energia.

    Pieter Vanneste Bart Aspeslaghvanneste.p@daikineurope.com aspeslagh.b@daikineurope.comCentro de Desenvolvimento EMEA Centro de Desenvolvimento EMEA

    3

  • 4

    Vantagens da utilizao de uma caldeira hbrida

    1

  • 5

    1.1. Vantagens ambientais: poupanas nas emisses de CO2 e na utilizao

    de energia primria relativamente aos objetivos 20-20-20 da UE

    Na UE, cerca de 40% de toda a utilizao de energia primria pode ser atribuda a edifcios, sendo a grande maioria constituda por habitaes residenciais. Nestas habitaes, a utilizao de energia para aquecimento ambiente e produo de gua quente representa 70%. Uma vez que a maioria das habitaes na UE continua a ser aquecida por combustveis fsseis, uma mudana para um sistema de aquecimento renovvel domstico que reduza o consumo de energia primria e as emisses de CO

    2 pode contribuir amplamente para

    os objetivos 20-20-20 da UE, i.e., uma reduo de 20% nas emisses de gases de estufa da UE em comparao com os nveis de 1990, um aumento da quota de energia renovvel para 20% no consumo energtico final da UE, e uma reduo de 20% na utilizao de energia primria da UE (Diretiva da UE para Energia Renovvel, Diretiva 2009/28/CE).

    MENOS EMISSES DE CO2

    versus 1990

    At ao ano

    2020C02

    MAIOR UTILIZAO DE ENERGIA RENOVVEL

    +20%*Business As Usual (cenrio sem alteraes)

    -20%MENOS UTILIZAO DE ENERGIA PRIMRIA versus BAU*

    -20%

    Figura 1: Ilustrao dos objetivos 20-20-20 da UE.

    As bombas de calor aerotrmicas tornaram-se uma tecnologia renovvel reconhecida para aquecimento e arrefecimento de edifcios. Ao longo

    dos anos, o seu design foi otimizado de forma a aumentar a eficincia (e reduzir o consumo de eletricidade), e os fluidos frigorigneos utilizados

    foram substitudos por outros mais ecolgicos graas ao seu menor potencial de aquecimento global (GWP = Global Warming Potential). Uma

    vez que as bombas de calor aerotrmicas utilizam ar, podem ser utilizadas como uma fonte de aquecimento renovvel. No entanto, a grande

    desvantagem das bombas de calor aerotrmicas que a sua eficincia diminui a temperaturas de caudal mais elevadas: necessria necessria

    mais energia para uma determinada potncia de aquecimento, resultando num menor coeficiente de desempenho (COP) e numa fatura de

    eletricidade mais elevada. So necessrias temperaturas de caudal mais elevadas se forem utilizados radiadores como emissores de calor na

    habitao. Combinando bombas de calor com caldeiras de condensao a gs, as caldeiras hbridas fornecem uma soluo para isto.

    1.2. Poupanas nos custos de funcionamento devido comutao inteligente entre o modo de bomba de calor, modo hbrido e o funcionamento da caldeira

    A caldeira hbrida Daikin Altherma satisfaz os 3 requisitos bsicos da diretiva 20-20-20:

    1. Menos emisses de CO2: A tecnologia hbrida poupa nas emisses de CO2 caso a emisso de CO2 da caldeira a gs exceda a emisso de

    CO2 da bomba de calor.

    Emisso de CO2 de caldeira a gs:

    = eficincia da caldeira [-] Taxa de emisso de gs [kg CO

    2/kWh] (corresponde quantidade de CO

    2 emitida por kWh de gs queimado), por ex.: 180~0,230 kg

    CO2/kWh para gs natural

    Emisso de CO2 da bomba de calor:

    Taxa de emisso da rede eltrica = quantidade de CO2e

    emitido por kWh de eletricidade produzida [kg C02e

    /kWh]. Um valor tpico

    0,5 kg C02e

    /kWh, mas tal depende da combinao de produo de eletricidade e tambm varia no tempo.

    COP = (Coefficient Of Performance) Coeficiente de desempenho (eficincia da bomba de calor) [-]

    O exemplo abaixo revela as poupanas nas emisses de CO2 se, para uma habitao com um consumo anual de gs de 20.000 kWh, a caldeira a gs

    de condensao for substituda por uma caldeira hbrida. Os pressupostos so o resultado direto de uma medio de teste no terreno especfica.

    Caldeira a gs de condensao: 4.444 kg C02

    Caldeira hbrida Daikin Altherma: 3.449 kg C02

    Tal representa uma poupana de quase 1.000 kg CO2 anualmente para uma habitao especfica, ou uma poupana superior a 22%.

    Taxa de emisso de gs

    taxa de emisso da rede eltrica

    COP

  • 6

    2. Maior utilizao de energia renovvel: Quando a soluo hbrida funciona no modo de bomba de calor ou hbrido, a bomba de calor utiliza o ar como uma fonte de energia renovvel e, como tal, fornece energia renovvel.

    Energia eltrica (compressor)

    (por ex.: 1 kW)

    Energia trmica (calor)

    = 1 kW +3 kW =4 kW

    Energia renovvel

    (ar) (por ex.: 3 kW)

    Figura 2: Ilustrao de como uma bomba de calor utiliza o ar como uma fonte de energia renovvel para fornecer calor (atente que, para este exemplo, o COP da bomba de calor igual potncia de energia trmica (4 kW) em relao ao consumo eltrico (1 kW), sendo assim igual a 4.

    3. Menor utilizao de energia primria versus BAU (Business As Usual (cenrio sem alteraes)). O COP sazonal de energia primria

    (sCOP de EP) mede a quantidade de energia primria utilizada para obter uma determinada quantidade de potncia de aquecimento

    durante uma estao de aquecimento. A Figura 19 mostra o resultado de uma simulao especfica, revelando que a caldeira hbrida

    Daikin Altherma atingiu um sCOP de EP de 1,2 ~1,5, enquanto que a caldeira a gs de condensao atingiu apenas 0,88 ~ 0,98.

    A Caldeira hbrida Daikin Altherma evita um funcionamento a COPs reduzidos mudando para o modo de aquecimento hbrido, em

    que a bomba de calor assistida por uma caldeira a gs de condensao para fornecer a quantidade de aquecimento necessria.

    Mesmo a baixas temperaturas ambiente, a unidade muda para um modo em que a caldeira a gs de condensao assume toda a

    carga de calor. O princpio de funcionamento da tecnologia hbrida e os pontos em que a Caldeira hbrida Daikin Altherma muda de

    um modo para outro so elaborados com maior pormenor na segunda seco deste documento.

    Legenda: T

    caudal = Temperatura de caudal

    (C), i.e. a temperatura a que o sistema est a aquecer a gua

    T a = Temperatura ambiente

    (temperatura exterior, (C)) COP = Coeficiente de

    desempenho (potncia de aquecimento / entrada de corrente)

    COP (-)T caudal

    (C)

    T a (C)

    (a) (b)60

    55

    30

    5,27

    3,82

    3,15

    2,49

    -10 -7 2 7 15

    Figura 3: Caractersticas de uma bomba de calor tpica que mostram (a): Uma curva de set-point dependente da temperatura (a temperatura de caudal Tcaudal

    [C] necessria como funo da temperatura ambiente T

    a [C]) e (b): Uma curva de COP tpica (o COP [-] obtido como funo da temperatura ambiente T

    a [C]).

  • 7

    1.3. Flexibilidade de utilizao relativamente ao sistema de aquecimento e idade/qualidade de isolamento do edifcio

    A Caldeira hbrida Daikin Altherma flexvel em rel