EMISSÕES DE CARBONO · 2013-10-25 · emissÕes de carbono estudo comparativo entre sistemas avac...
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EMISSÕES DE CARBONO
ESTUDO COMPARATIVO ENTRE SISTEMAS AVAC EM AMBIENTE HOSPITALAR
VIGAS ARREFECIDAS E VENTILOCONVECTORES
INOVAÇÃO E TECNOLOGIA SEMINÁRIO
FILIPE VENTURA
TEIXEIRA DUARTE, ENGENHARIA E CONSTRUÇÕES, S.A.
AUDITÓRIO DA ORDEM DOS ENGENHEIROS
LISBOA, 09 DE OUTUBRO DE 2013
ORDEM DOS ENGENHEIROS
COLÉGIO NACIONAL DE ENGENHARIA MECÂNICA INOVAÇÃO E TECNOLOGIA
LISBOA, 09 DE OUTUBRO DE 2013
O que é a Inovação?
> Do latim innovatio, -onis > Introdução de uma mudança, de uma novidade em dado domínio
> Acto ou efeito de inovar. A inovação é condição do progresso.
INTRODUÇÃO 01 Inovação
Definição do Dicionário da Língua Portuguesa Contemporânea – Academia das Ciências de Lisboa, Verbo
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Projecto de edifício hospitalar Oportunidade Desafio
> Construção e exploração durante 30 anos
> Sistema AVAC
Nível de ruído Eficiência energética Operações de manutenção / inoperabilidade Relação custo-benefício
> Substituição de ventiloconvectores por vigas arrefecidas
> Aplicação de vigas arrefecidas nos hospitais portugueses
Alteração das “Especificações Técnicas para instalações de AVAC – ET 06/2008” da ACSS
INTRODUÇÃO 01 Oportunidades e desafios
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Ventiloconvector
- Ventilador - Filtro no retorno - Tabuleiro condensados
Viga arrefecida
- Sem ventilador / filtro / tabuleiro - Efeito indução: ar novo UTAN - Sem desumidificação - Controlo de condensação
> Constituição
INTRODUÇÃO 01 Equipamentos terminais
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> Vantagens
Unidade de baixo perfil Condições de difusão do ar Ausência de motores e filtros
Ausência de condensados / acumulação de partículas
Redução de custos de manutenção
> Desvantagens
Condições de pressão do ar primário Sem capacidade de desumidificação Maiores tempos de resposta Custo de investimento inicial superior
Vigas arrefecidas
Flexibilidade de integração arquitectónica Melhor distribuição do ar interior Maior longevidade do equipamento Menor nível de ruído Redução de consumo de energia eléctrica Redução de actividades de manutenção Menor risco de contaminação bacteriana (legionella)
Pressão adicional na UTAN Desumidificação adicional na UTAN Não recomendado para cargas térmicas variáveis e irregulares
INTRODUÇÃO 01
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> Redução de emissões
Protocolo de Quioto Pacote Energia-Clima: 20-20-20 Directiva Comunitária EPDB Sistema de Certificação Energético (SCE)
> Mercado de emissões
Penalizações por incumprimento
> Avaliação de emissões
Desenvolvimento de ferramentas de cálculo Vantagem competitiva para o decisor
Impacte ambiental INTRODUÇÃO 01
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> Análise de ciclo de vida (LCA)
1. Fabrico de equipamentos 2. Transporte de equipamentos 3. Energia consumida em fase de exploração 4. Actividades de manutenção 5. Desperdícios de fim de vida
> Factores de emissão e incerteza
Potencial de aquecimento global (GWP) Materiais, transporte, energia e desperdícios Adaptação à realidade nacional
MÉTODO Bilan Carbone
[ADEME]
Gás natural 0,068 kgCeq / kWh 7% [ADEME, ERSE]
Electricidade 0,116 kgCeq / kWh 15% [ADEME, APA]
MÉTODOS 02 Emissões de carbono
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> Necessidades térmicas anuais
Método de cálculo expedito Baseado nos decretos-leis n.º 40/90 e 118/98 (antigo RCCTE e RSECE ) Perfis anuais de ocupação, iluminação e equipamentos Base de dados climáticos: Solterm Grau-dia e Humidade-dia
> Consumos de energia eléctrica e gás
Eficiências indicadas pelos fornecedores de equipamentos
CONCEITO INOVADOR Humidade-Dia
MÉTODOS 02 Consumos energéticos
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> Período de Arrefecimento
> Período de Aquecimento
Xb – humidade absoluta base Xj – humidade absoluta ar exterior à hora j
Desumidificação
Humidificação
bj
jbj
bj
arref
TT,0
TT,24
TT
GD
bj
jbj
jb
aquec
TT,0
TT,24
TT
GD
bj
jbj
jb
hum
XX,0
XX,24
XX
HD
Tb – temperatura base Tj – temperatura ar exterior à hora j
Definição de Grau-Dia: [INMG/LNEC. Temperaturas Exteriores de Projecto e Número de Graus-Dias. 1989]
bj
jbj
bj
desum
XX,0
XX,24
XX
HD
MÉTODOS 02 Grau-dia e Humidade-dia
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MÉTODOS 02 Grau-dia e Humidade-dia
> Procedimento de cálculo
Definição do período de arrefecimento / aquecimento
Critério da média diária de temperaturas exteriores (Solterm)
Reformulação das expressões de cálculo
Validação do período de arrefecimento / aquecimento – D.L. 80/2006
Definição da estação convencional de arrefecimento Valores tabelados: Grau-dia de aquecimento / Duração da estação de aquecimento
minmedia
minmediaarref
jpTTse,0
TTse,1f
maxmedia
maxmediaaquec
jp TTse,0
TTse,1f
intposetbj
jbj
jbaquec
jpaquec
T|TT,0
TT,24
TTf
GD
intposetbj
jbj
bjarref
jparref
T|TT,0
TT,24
TTf
GD
0GDXX,0
XX,24
XXf
HD
jarrefbj
jbj
bjarref
jpdesum
0GDXX,0
XX,24
XXf
HD
jaquecbj
jbj
jbarref
jphum
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> Edifício hospitalar a construir em Faro
> Internamento hospitalar: ala Sul-Este (3 pisos)
> 106 espaços a climatizar
APLICAÇÃO 03 Ambiente hospitalar
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Equipamento terminal (ET):
Ventiloconvector Viga Arrefecida
APLICAÇÃO 03 Sistema AVAC
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> Localização dos equipamentos terminais em quarto de internamento
Ventiloconvector
- Configuração tipo “quarto de hotel”
Viga arrefecida
- Instalada no centro do quarto
APLICAÇÃO 03 Equipamentos terminais
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Parâmetros do sistema VC VA
Eficiência de ventilação 80% 100%
Temperatura ar primário [ºC]
Arrefecimento 22 15
Aquecimento 20 20
Temperatura água [ºC]
Fria 7 / 12 14 / 19
Quente 80 / 60 60 / 40
> Condições de cálculo
APLICAÇÃO 03 Equipamentos terminais
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> Definição do período
Arrefecimento: Tmédia diária ≥ 20ºC
Aquecimento: Tmédia diária ≤ 15ºC
Período arrefecimento
Jan. Mar. Maio Jul. Set. Nov.Fev. Abril Jun. Ago. Out. Dez.
Período aquecimento
Jan. Mar. Maio Jul. Set. Nov.Fev. Abril Jun. Ago. Out. Dez.
APLICAÇÃO 03 Grau-dia e Humidade-dia
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UTAN-VC
GDarref, base 22ºC = 268 ºC.dia
GDaquec, base 20ºC = 1008 ºC.dia
UTAN-VA
GDarref, base 15ºC = 700 ºC.dia
GDaquec, base 20ºC = 1008 ºC.dia
> Grau-dia aplicado às condições de insuflação do ar novo
UTAN - VC
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
0 1460 2920 4380 5840 7300 8760
Tempo [h]
Te
mp
era
tura
[ºC
]
Temperatura exterior ARREF: Text - Tins UTAN
AQUEC: Tins UTAN - Text ARREF: Tbase
AQUEC: Tbase
UTAN - VA
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
0 1460 2920 4380 5840 7300 8760
Tempo [h]
Te
mp
era
tura
[ºC
]
Temperatura exterior ARREF: Text - Tins UTAN
AQUEC: Tins UTAN - Text ARREF: Tbase
AQUEC: Tbase
APLICAÇÃO 03 Grau-dia e Humidade-dia
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UTAN-VC
HDdesumid, base 11,9 g/kg = 55 g/kg.dia
HDhumid, base 5,8 g/kg = 9 g/kg.dia
UTAN-VA
HDdesumid, base 9,4 g/kg = 149 g/kg.dia
HDhumid, base 5,8 g/kg = 9 g/kg.dia
> Humidade-dia aplicado às condições de insuflação do ar novo
UTAN - VC
0.0
4.0
8.0
12.0
16.0
20.0
0 1460 2920 4380 5840 7300 8760
Tempo [h]
Hu
mid
ad
e [g
/kg
]
Hum. exterior DESUM: Hbase (arref.)
HUM: Hbase (aquec.) DESUM: Hext - Hins (arref.)
HUM: Hins - Hext (aquec.)
UTAN - VA
0.0
4.0
8.0
12.0
16.0
20.0
0 1460 2920 4380 5840 7300 8760
Tempo [h]
Hu
mid
ad
e [g
/kg
]
Hum. exterior DESUM: Hbase (arref.)
HUM: Hbase (aquec.) DESUM: Hext - Hins (arref.)
HUM: Hins - Hext (aquec.)
APLICAÇÃO 03 Grau-dia e Humidade-dia
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Equipamento M T S A > 1A
Ventiloconvector (VC)
Limpeza filtro G4 x
Substituição filtro G4 5
Rebobinagem de motor 3
Viga Arrefecida (VA)
Limpeza de alhetas x
UTAN
Substituição de filtro x (G4) x (F5) x (F7)
Substituição de baterias 20
Substituição de motores 5
M – Mensal T – Trimestral S – Semestral A - Anual
> Periodicidade das actividades de manutenção
APLICAÇÃO 03 Actividades de manutenção
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> Tempo médio de vida útil
Vigas arrefecidas Ventiloconvectores UTAN Electrobombas
30 anos 15 anos 15 anos 10 anos
APLICAÇÃO 03 Actividades de manutenção
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> Arrefecimento
ΔT da UTAN-VA: decréscimo das necessidades sensíveis da VA VA sem capacidade térmica latente: carga adicional na UTAN-VA
> Aquecimento
Ar novo como principal contributo
Arrefecimento:
140.6
83.3
37.1
87.0
21.949.4
22.9
0
50
100
150
200
250
Ventiloconvector Viga Arrefecida(MWh / ano)
Lat. UTAN
Lat. terminal
Sens. UTAN
Sens. terminal
Aquecimento:
106.285.0
4.04.0
3.0
3.7
0
50
100
150
200
250
Ventiloconvector Viga Arrefecida(MWh / ano)
Lat. UTAN
Lat. terminal
Sens. UTAN
Sens. terminal
- 19,3% - 1,3%
RESULTADOS 04 Necessidades térmicas anuais
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> Redução de consumos no sistema com vigas arrefecidas
Ausência de motores no equipamento terminal Eficiência de ventilação
Consumo eléctrico:
53.3 52.6
6.3 6.2
20.8
69.3
62.8
3.7
3.0
0
25
50
75
100
125
150
175
200
Ventiloconvector Viga Arrefecida(MWh / ano)
Humidificador
Ventiladores UTAN
Ventiladores Terminal
Bombas Aquec.
Bombas Arref.
Chiller
Consumo gás:
114.892.7
0
50
100
150
200
Ventiloconvector Viga Arrrefecida(MWh / ano)
Caldeira
- 18,5% - 19,3%
RESULTADOS 04 Consumos de energia
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> Ventiloconvector: 8,3 ton Ceq / un 14%
> Viga Arrefecida: 6,7 ton Ceq / un 13%
Emissões de carbono:
0
2
4
6
8
10
Ventiloconvector Viga Arrefecida(ton Ceq / un)
Desperdícios fim de vida
Actividades manutenção
Energia consumida
Transporte equipamento
Materiais fabrico
Contributo da energia consumida:
95%
- 19,6%
RESULTADOS 04 Emissões de carbono
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UTAN
VC ou VA
Bombas
Bombas UTAN
VC
Bombas
0
5
10
15
20
25
30
35
40
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
Anos
tonC
eq
Ventiloconvector
Viga Arrefecida
RESULTADOS 04 Emissões de carbono
> Variação em função da substituição dos equipamentos
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- VC: filtros
- UTAN:
motor e bat.
- VC: filtros
- UTAN:
motor e bat.
- VC: filtros
- UTAN:
motor e bat.
- VC: filtros
- UTAN:
motor e bat.
Rebobinagem motores VC
0
5
10
15
20
25
30
35
40
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
Anos
tonC
eq
Ventiloconvector
Viga Arrefecida
RESULTADOS 04 Emissões de carbono
> Variação em função da substituição dos consumíveis
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Substituição de ventiloconvectores por vigas arrefecidas
> Consumos e emissões de carbono Redução de consumo de energia eléctrica 18,5%
Ferramentas de cálculo desenvolvidas
Redução de consumo de gás 19,3%
Redução de emissões de carbono – 30 anos 19,6%
EM AMBIENTE HOSPITALAR
Análise Comparativa
MÉTODO EXPEDITO
Escolher
MELHOR SOLUÇÃO
- De fácil utilização - Poupança de tempo
- Satisfação das necessidades do cliente / indústria
CONCLUSÕES 05
ORDEM DOS ENGENHEIROS
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LISBOA, 09 DE OUTUBRO DE 2013
A Tecnologia já existia.
Onde está a Inovação?
> Aplicação de vigas arrefecidas nos hospitais portugueses > Análise de ciclo de vida, com base em emissões de carbono,
para apoio à decisão na selecção de sistemas AVAC > Humidade-dia para estimar necessidades térmicas latentes
CONCLUSÕES 05