Resumo
O estudo consiste em analisar os indicadores de desempenho dos sistemas de aquecimento e resfriamento para as zonas bioclimáticas brasileiras. A análise será realizada através de simulação computacional com o uso do programa EnergyPlus. A edificação avaliada possui 10 pavimentos, com dimensões de 12 m x 15 m e pé-direito de 3 m. O tipo do sistema de condicionamento analisado é o mini-split quente/frio por ciclo reverso. Além do sistema de condicionamento de ar mini-split, as avaliações também foram realizadas com o sistema Ideal Loads, visando realizar comparações entre os resultados obtidos. A avaliação dos resultados obtidos de COP médio e EE média para cada cidade e as diferenças em relação ao COP nominal e a Eficiência INMETRO nominal, bem como das diferenças obtidas entre a potência de resfriamento e a total calculadas pelo modelo e pela condição nominal, é discutida tendo em vista o comportamento do mini-split modelado. Os resultados para eficiência energética média obtidos para refrigeração foram superiores comparados à eficiência energética nominal do INMETRO para todas as cidades analisadas, tanto para o sistema de condicionamento de ar mini-split quanto para o sistema Ideal Loads.
Palavras-chave: Sistema de Condicionamento de Ar; Eficiência Energética; Simulação Computacional.
- Introdução
O campo de pesquisa eficiência energética em edificações apresenta um grande potencial a ser explorado e é impulsionado, de um lado, pela intensificação de fatores ambientais e econômicos, e pela inovação da tecnologia, por outro, pela grande participação das edificações no consumo total de energia, correspondendo ao sistema de climatização significativa parcela desse consumo. A parcela de energia consumida pelas edificações brasileiras chega a 43% de toda a energia elétrica consumida no país (EPE, 2016). O uso de ar condicionado em residências tem aumentado recentemente, especialmente em países em desenvolvimento como o Brasil. De acordo com dados de fabricante, em 2002, 928.000 condicionadores de ar unitários foram vendidos no Brasil, com 7% de grau de saturação no setor residencial. Dados de 2010 apontam um crescimento de 330% no setor, sendo representados por 1.200.000 do sistema de condicionamento do tipo janela (representando 10% de grau de saturação) e 3.100.000 do tipo Split (representando 3% de grau de saturação) (PEREIRA e MENDES, 2012).
O consumo de energia de um sistema de condicionamento de ar é função de como este responde à carga térmica da edificação e suas variações ao logo do dia e do ano. Em outras palavras, a eficiência de um sistema de condicionamento de ar é determinada pelo consumo de energia de cada componente do sistema e a capacidade de geração do frio ou calor nas diversas formas de operação durante o ano (DUARTE, 2014).
O coeficiente de performance (COP) expressa a eficiência de um sistema de condicionamento de ar, sendo utilizado para delimitar o consumo destes equipamentos no Brasil. Este parâmetro representa a eficiência do ciclo termodinâmico de refrigeração e é expresso pela relação entre a capacidade de refrigeração e a potência de compressão consumida no processo.
O uso de programas de simulação computacional permite reproduzir com confiabilidade o comportamento e a resposta de sistemas reais, auxiliando no desenvolvimento e aperfeiçoamento de programas de certificação em eficiência energética de edificações. As curvas para simular o mini-split quente/frio utilizadas neste trabalho foram recomendadas pelo estudo de Cutler et al. (2013). Os autores investigaram a confiabilidade de dados de desempenho informados por fabricantes e utilizados no programa EnergyPlus para modelar o comportamento de sistemas do tipo Split, prevendo o consumo de energia. O estudo abordou uma base de dados de informações de desempenho obtidas a partir de tabelas expandidas de diferentes fabricantes, para um total de 260 mini-splits com capacidades de 5,3 kW a 17,6 kW. Avaliaram a consistência dos dados disponíveis e os valores de COP obtidos das unidades específicas simuladas para quatro climas nos EUA. Os resultados mostraram que a diferença entre adotar as curvas de uma unidade específica e adotar apenas uma curva padronizada para todas as simulações é mínima.
No Brasil, o comportamento real dos sistemas de condicionamento de ar também tem sido investigado e implementado no desenvolvimento de programas e estudos para análise termo energética em edificações. Pereira e Mendes (2012) estudaram a modelagem empírica de sistemas de condicionamento de ar por ensaio em laboratório. As correlações matemáticas obtidas, em função da temperatura de bulbo úmido interna e temperatura de bulbo seco externa, foram validadas e implementadas em programa de simulação computacional para o cálculo do consumo de energia e parâmetros de desempenho do sistema de condicionamento de ar para ampla faixa de condições internas e externas de temperatura. Meissner et al. (2014) investigaram o consumo de energia de seis equipamentos de sistema de condicionamento de ar para os climas de Curitiba, Brasília e Belém através do programa Domus. As curvas de desempenho de cada equipamento foram obtidas experimentalmente em função de temperatura de bulbo úmido interna e temperatura de bulbo seco externa para capacidade total, capacidade sensível e razão de eficiência energética. Os autores observaram que o equipamento que apresenta o maior COP nominal não necessariamente corresponde ao menor consumo de energia na simulação das condições reais de uso. Os autores ressaltam a influência das variações das condições do ar interno e externo na capacidade e COP dos equipamentos.
- Objetivo
O objetivo deste artigo é analisar a variação das potências necessárias para o compressor e o ventilador dos sistemas de aquecimento e refrigeração de edificações inseridas nas oito zonas bioclimáticas brasileiras, a fim de comparar os indicadores de desempenho obtidos nessas simulações aos apresentados nos catálogos dos fabricantes.
- Método
3.1. Edificação analisada
A edificação possui 10 pavimentos, com dimensões de 12 m x 15 m e pé-direito de 3 m. Todas as fachadas possuem 50% de área de janela. Os vidros inseridos possuem 6 mm de espessura, fator solar de 0,82 e transmitância térmica de 5,7 W/m².K. A cobertura apresenta uma transmitância térmica de 2,06 W/m².K e capacidade térmica de 233 kJ/m².K. A absortância térmica da cobertura é de 0,8. As paredes externas são compostas por blocos cerâmicos com uma transmitância térmica de 2,46 W/m².K e capacidade térmica de 150 kJ/m².K. A absortância térmica das paredes é de 0,5.
A edificação foi dividida em cinco zonas térmicas por pavimento, quatro zonas de shell e uma zona de core, seguindo os critérios apresentados em ASHRAE Standard 90.1 (2013). As zonas de shell são orientadas a norte, sul, leste e oeste (Figura 1). Para dividir as zonas, foram inseridas paredes internas de baixa inércia térmica.
O padrão de uso da edificação foi dividido em dias de semana, sábados, domingos e feriados, e dia de projeto de verão e de inverno. A seguir são apresentados os horários de ocupação em cada situação:
Dias de semana: 20% das 6h às 07h59min, 100% das 08h00 às 11h59min, 30% das 12h00 às 13h59min, 100% das 14h00 às 17h59min, 20% das 18h00 às 19h59min;
Sábados: 20% das 06h00 às 07h59min, 100% das 08h00 às 11h59min;
Domingos e feriados: ambientes não ocupados
Dia de projeto de verão: estipulou-se ocupação de 100% em todas as horas do dia;
Dia de projeto de inverno: estipulou-se ocupação de 0% em todas as horas do dia.
A definição de ocupação dos dias de projeto de verão e inverno foram baseadas nos casos extremos para cada cenário. Desta forma, para o verão, considerou-se o ambiente ocupado durante todas as horas, implicando em maior acréscimo de carga térmica. No caso do aquecimento, considerou-se o ambiente sem ocupação durante todas as horas, o que não implica em acréscimos de carga térmica. Considerou-se uma potência instalada de 9,7 W/m2 em equipamentos, 17,14 W/m2 em iluminação e de 14,10 W/m2 de pessoas. A carga devida às pessoas é resultante de uma ocupação de 7 m²/pessoa, considerando taxa metabólica de 120 W/pessoa, valor típico de atividades de escritório.
3.1.1 Sistema de climatização
Para alcançar o objetivo do trabalho, as simulações computacionais foram realizadas com o programa EnergyPlus, versão 8.1 (ENERGYPLUS, 2016). O EnergyPlus possibilita a modelagem dos principais tipos de sistema de climatização em diversas configurações empregadas comercialmente, permitindo reproduzir com confiabilidade o comportamento real dos sistemas. Para isso, a capacidade de refrigeração disponível e a potência consumida pelo equipamento de ar condicionado, informadas ou dimensionadas no modelo na condição nominal, são ajustadas a cada intervalo de tempo, de acordo com as condições de operação simuladas, através das curvas de desempenho. As correlações são representadas por polinômios e seus coeficientes são obtidos por regressão polinomial, utilizando o método dos mínimos quadrados no programa Excel, a partir dos dados disponibilizados pelo fabricante do equipamento ou de ensaios experimentais.
Para modelar o sistema de condicionamento de ar mini-split quente/frio por ciclo reverso foi utilizado o objeto “Packaged Terminal Heat Pump” do programa EnergyPlus para cada zona térmica. O sistema de expansão direta é constituído por um ventilador de velocidade constante, uma serpentina de resfriamento e desumidificação, e uma serpentina de aquecimento. O ventilador adotado tem rendimento 0,65, o motor elétrico tem rendimento de 0,8 e a pressão estática disponível é de 75 Pa. Para ambas as serpentinas foi adotado COP nominal de 3,5. Para os dados nominais de vazão de ar de insuflação, capacidade de resfriamento total, capacidade de resfriamento sensível, capacidade de aquecimento, foi utilizada a opção de autodimensionamento, ou seja, dimensionado pelo programa.
O funcionamento do sistema de condicionamento de ar é das 08h00 às 20h00 nos dias de semana, e das 08h00 às 12h00 nos sábados. Nos domingos e feriados o sistema permanece desligado, por não haver ocupação na edificação. A programação do termostato é de 24°C para resfriamento e de 22°C para aquecimento.
Os objetos utilizados na modelagem do mini-split quente/frio foram “Coil:Cooling:DX:SingleSpeed” e “Coil:Heating:DX:SingleSpeed”. Os dados nominais requeridos pelo modelo são capacidade de resfriamento/aquecimento total, fator de calor sensível (para resfriamento), COP, e vazão de ar. As condições nominais utilizadas pelo programa EnergyPlus são as comercialmente informadas em catálogos de fabricante, de acordo com a AHRI Standard 210/240 (2008). Cada modelo utiliza cinco curvas, ou correlações:
– Capacidade total em função da temperatura (CAPFT): curva biquadrática. Para resfriamento, em função da temperatura de bulbo úmido (TBU) do ar na entrada da unidade interna e da temperatura de bulbo seco (TBS) do ar na entrada da unidade externa. Para aquecimento, em função da TBS do ar na entrada da unidade interna e da TBS do ar na entrada da unidade externa. Corrige a capacidade nominal para a condição de operação específica de temperatura. Curva adotada de acordo com o estudo realizado por Cutler et al. (2013);
– Capacidade em função da fração de vazão de ar (CAPFF): curva quadrática ou cúbica, em função da razão entre a vazão de ar no instante e a vazão de ar nominal. Corrige a capacidade na condição de operação específica de temperatura para condição específica de vazão. Foi adotado vazão do ventilador constante, o que resulta em fator de correção igual a 1;
– Razão de entrada de energia em função da temperatura (EIRFT): curva biquadrática. Para resfriamento, em função da TBU do ar na entrada da unidade interna e da TBS do ar na entrada da unidade externa. Para aquecimento, em função da TBS do ar na entrada da unidade interna e da TBS do ar na entrada da unidade externa. O EIR é o inverso do COP. Corrige o COP nominal para a condição de operação específica de temperatura. Curva adotada de acordo com o estudo realizado por Cutler et al. (2013);
– Razão de entrada de energia em função da fração da vazão de ar (EIRFF): curva quadrática ou cúbica, em função da razão entre a vazão de ar no instante e a vazão de ar nominal. Corrige o COP na condição de operação específica de temperatura para condição específica de vazão. Foi adotado vazão do ventilador constante, o que resulta em fator de correção igual a 1;
– Fração de carga parcial (PLF): curva quadrática ou cúbica em função de razão entre capacidade sensível e capacidade sensível em regime permanente. É uma correção utilizada para considerar perdas devido à ciclagem do compressor. Como não é comum os catálogos fornecerem esse tipo de dado, foi utilizada uma curva linear, para sistema de compressor simples, adotado da pasta Datasets do programa EnergyPlus.
A Tabela 1 e a Tabela 2 apresentam os coeficientes das curvas de desempenho para resfriamento e aquecimento, respectivamente, utilizadas para modelar o equipamento mini-split. Além do sistema de ar condicionado mini-split quente/frio por ciclo reverso, as avaliações também foram realizadas com o sistema Ideal Loads. Este tipo de sistema tem a operação com capacidade de refrigeração e aquecimento infinitas. Além disso, é destacada a simplicidade de sua utilização, uma vez que não é necessário modelar um sistema de condicionamento de ar completo. Desta forma, apesar de simples, esta ferramenta permite avaliar as cargas térmicas de resfriamento e aquecimento dos ambientes no período de ocupação. Este sistema foi analisado visando realizar comparações entre os resultados obtidos avaliando-se a carga térmica exata calculada para os ambientes pelo Ideal Loads e a capacidade de refrigeração empregada por um sistema de climatização real.
3.1.2 Arquivos climáticos utilizados
As simulações foram realizadas para dez cidades inseridas nas oito zonas bioclimáticas brasileiras. Os arquivos climáticos utilizados nas simulações são o INMET (2016), disponíveis no site do LabEEE (LABEEE, 2016). Na Tabela 3 é apresentada a relação das cidades avaliadas, suas respectivas zonas bioclimáticas e as temperaturas extremas encontradas para definição dos dias de projeto de verão e inverno.
A determinação dos dias de projeto de verão e inverno foram realizados durante a simulação. Isto é, solicitou-se que o programa identificasse as temperaturas extremas nos arquivos climáticos e as adotassem para autodimensionar a vazão de ar, a capacidade de resfriamento total, a capacidade de resfriamento sensível e a capacidade de aquecimento.
3.2. Análise dos resultados
Nos resultados das simulações, as capacidades e potências de refrigeração e aquecimento são separadas automaticamente. Entretanto, os consumos com ventilador são contínuos, pois mesmo quando os compressores não estão funcionando, a ventilação mecânica foi considerada. Desta forma, foi necessário dividir os consumos de ventilação associados à refrigeração e os associados ao aquecimento. Para isso, empregaram-se os seguintes critérios:
– Caso a potência do sistema de refrigeração seja ≠ 0 na hora avaliada, o consumo com ventilação está relacionado à refrigeração;
– Caso a potência do sistema de aquecimento seja ≠ 0 na hora avaliada, o consumo com ventilação está relacionado ao aquecimento;
– Caso ambos os sistemas de condicionamento estejam desligados (potência = 0), o ventilador é associado a um dos sistemas de condicionamento de acordo com a temperatura do ar no interior da zona térmica. Neste critério, foram consideradas duas divisões: 1) Temperatura interna < 23ºC, ventilador associado ao aquecimento; 2) Temperatura interna ≥ 23ºC, ventilador associado à refrigeração.
– Com os agrupamentos de resultados e critérios de divisão do consumo com ventilação, foram calculados os parâmetros de eficiência do sistema de climatização de acordo com as Equações 1 e 2. Estes parâmetros são os valores médios anuais, obtidos com os dados das simulações.
Equação 1 e 2
Em que:
COP¹,² médio é o coeficiente de desempenho do sistema [W/W];
EE¹,² média é a eficiência energética do sistema, incluindo a ventilação [W/W].
¹ Ambos os parâmetros foram calculados separadamente para refrigeração e aquecimento.
²Tanto o COP quanto a EE foram calculados inicialmente para o sistema de condicionamento de ar mini-split quente/frio por ciclo reverso e, posteriormente, para o sistema Ideal Loads.
No caso do sistema Ideal Loads, a capacidade de refrigeração/aquecimento foi substituída pela carga térmica de refrigeração/aquecimento determinada nas simulações. Essa substituição também é válida para a Equação 3 e 4 . Como o sistema Ideal Loads não gera consumo, foi adotada a mesma potência consumida pelo sistema de condicionamento de ar mini-split quente/frio por ciclo reverso.
Por fim, foram calculados os erros desses parâmetros em relação aos valores pré-determinados em catálogos técnicos dos sistemas (COP = 3,5; EE = 3,24). Para isso, foi empregado o roteiro de cálculo segundo a Equação 3 à Equação 6.
Com isso, foram calculados os erros percentuais das potências obtidas com a aplicação das Equações 3 e 4 em relação às potências resultantes das simulações computacionais com a Equação 5 e 6
A avaliação dos resultados obtidos de COP médio e EE média para cada cidade e as diferenças em relação ao COP nominal e a Eficiência Inmetro nominal, bem como das diferenças obtidas entre a potência de resfriamento e a total calculadas pelo modelo e pela condição nominal, é discutida tendo em vista o comportamento do mini-split modelado. As curvas de desempenho empregadas foram investigadas com objetivo de identificar o comportamento do COP em resposta às variações das condições do ar externo e interno, consequentemente, às variações de carga térmica ao longo do ano. Para essa avaliação, foram consideradas na Equação 7 _8 e 9
Em que:
EIRFT é a correlação Razão de entrada de energia em função da temperatura;
EIRFTresfriamento é a correlação para resfriamento;
EIRFTaquecimento é a correlação para aquecimento;
TBUi é a temperatura de bulbo úmido do ar interno [°C];
TBSext é a temperatura de bulbo seco do ar externo [°C];
TBSi é a temperatura de bulbo seco do ar interno [°C];
a, b, c, d, e, f são os coeficientes das curvas de desempenho mostrados na Tabela 3 e na Tabela 4 para correlação da razão de entrada de energia em função da temperatura.
- Resultados
Os valores de COP de refrigeração obtidos com as simulações são apresentados na Figura 2, bem como os erros calculados em relação ao COP indicado pelo fabricante. A Figura 3 apresenta os índices de eficiência energética do sistema de refrigeração testado nos diferentes climas. Por limitações de espaço, as cidades tiveram seus nomes abreviados nos gráficos, empregando-se as abreviaturas mostradas na Tabela 2.
No caso do sistema mini-split, o COP médio de refrigeração anual foi maior do que o COP nominal de 3,5 para todas as cidades, devido principalmente aos menores valores de temperatura de condensação em relação a 35°C. Os equipamentos acoplados às cidades das zonas bioclimáticas de 1 a 4 apresentaram COP médio anual de 4,02 a 4,25. Para as zonas bioclimáticas de 5 a 8 o COP médio foi de 3,74 a 3,96. Outras influências envolvidas são a maior potência consumida com relação ao liga/desliga e a temperatura de bulbo úmido do ar interno. Avaliando-se os resultados obtidos com o sistema Ideal Loads, percebeu-se tendência semelhante ao sistema mini-split, entretanto, com valores de COP inferiores. Nas cidades inseridas nas zonas bioclimáticas de 1 a 4, o COP médio variou de 3,49 a 3,76. Nas demais zonas bioclimáticas essa variação foi de 3,30 a 3,45.
Para o sistema mini-split, o erro relativo do cálculo da potência consumida para resfriamento utilizando o COP nominal e o COP médio foi de 14,96% a 21,55% para as cidades que representam o clima das zonas bioclimáticas de 1 a 4. Para as demais cidades, essa diferença foi de no máximo 13,23%. Considerando o sistema Ideal Loads, os erros observados foram inferiores. Nesse caso, o erro relativo do cálculo da potência consumida para resfriamento utilizando o COP nominal e o COP médio foi de 9,04% a 20,02% para as cidades que representam o clima das zonas bioclimáticas de 1 a 4. Para as demais cidades, os erros relativos foram ainda inferiores, sendo o maior erro observado para a cidade do Rio de Janeiro (5,48%).
Os resultados para eficiência energética média obtidos também foram superiores comparados à eficiência energética nominal do Inmetro para todas as cidades analisadas, tanto para o sistema de condicionamento de ar mini-split quanto para o sistema Ideal Loads. No sistema de condicionamento de ar mini-split, o erro relativo da potência consumida total do equipamento foi de 13,58% a 17,63% para as cidades das zonas bioclimáticas de 1 a 4, e de 9,32% a 14,09% para as zonas de 5 a 8. No caso do sistema Ideal Loads, os erros foram inferiores. Nas zonas bioclimáticas de 1 a 4, os erros variam de 7,72% a 16,15%, enquanto nas demais zonas bioclimáticas os erros variam de 1,98% a 6,37%.
O resultado de consumo de energia por uso final do sistema de condicionamento de ar na operação de resfriamento evidencia que a parcela de resfriamento é significativamente maior do que a parcela de ventilação. Por isso, os resultados das avaliações de erro relativo para a estimativa de consumo utilizando COP ou EE foram semelhantes. Na Figura 4 são apresentados os consumos anuais com refrigeração e ventilação para os casos simulados.
Percebe-se que, independente do clima, o consumo com refrigeração é mais significativo quando comparado ao consumo com ventilação. Desta forma, é possível entender o comportamento dos erros relativos apresentados na Figura 2 e na Figura 3. Uma vez que o consumo com ventilação é inferior que o consumo com refrigeração, seu peso no cálculo total é menos significativo. Percebe-se uma tendência semelhante nos erros calculados para o COP e para a EE do sistema de condicionamento, pois o consumo com ventilação inserido no cálculo para a EE do sistema é pouco significativo diante do consumo total.
O comportamento do COP em relação à temperatura do ar externo é apresentado na Figura 5 para uma faixa de temperatura de bulbo úmido do ambiente interno para o equipamento mini-split modelado. Quanto menor a temperatura de condensação, maior a capacidade disponível e menor é a potência consumida, resultando em aumento do COP. A inclinação de cada reta representada indica a sensibilidade da diferença de COP de resfriamento esperada de acordo com as diferenças entre a condição nominal, TBS de condensação de 35°C e TBUi de 19,4°C, e a condição de operação real.
Os valores obtidos para COP de aquecimento e seus respectivos erros em relação ao COP apresentado pelo fabricante são apresentados na Figura 6. A Figura 7 apresenta os índices de eficiência energética do sistema de aquecimento testado nos diferentes climas.
Considerando-se o sistema de condicionamento de ar mini-split, o COP médio de aquecimento anual observado variou de 3,56 a 3,65. Este resultado foi um pouco superior ao COP nominal de 3,5 devido à operação sob temperatura externa superior à condição nominal de 8,33°C. No caso do sistema Ideal Loads, os COPs foram menores e variaram de 2,24 a 3,41.
O erro relativo do cálculo da potência consumida para aquecimento utilizando o COP nominal e o COP médio foi de 1,83% a 4,38% para o sistema de condicionamento de ar mini-split e de -2,59% a -36,14% para o sistema Ideal Loads.
Os resultados para eficiência energética média anual obtidos foram menores comparados à eficiência energética nominal do Inmetro para todas as cidades. No caso do sistema de condicionamento de ar mini-split, para os climas das zonas bioclimáticas de 1 a 3, o COP variou de 1,75 a 2,86. Considerando o sistema Ideal Loads, esses valores foram ainda inferiores, variando de 1,07 a 2,72.
Os erros relativos da potência consumida total do equipamento foram menores para o sistema de de condicionamento de ar mini-split quando comparado ao sistema Ideal Loads. Enquanto no mini-split os erros variaram de 11,81% a 45,87%, para o Ideal Loads foram encontrados erros que variam de 16,14% a 66,88%.
Os consumos anuais com aquecimento e ventilação são apresentados na Figura 8.
Ao contrário da ventilação acionada na faixa de temperatura interna relacionada à refrigeração, percebeu-se que, nesse caso, a ventilação é mais impactante. O resultado de consumo de energia por uso final do sistema de condicionamento de ar na operação de aquecimento mostra que, proporcionalmente, a parcela de aquecimento em relação à de ventilação é maior para as cidades das zonas bioclimáticas 1 e 2 do que para a zona 3. Em outras palavras, a potência de ventilação tem influência significativa no consumo total anual dos splits no modo de aquecimento, principalmente para as cidades com clima quente. A diferença significativa observada no resultado da EE média anual em relação a EE nominal é atribuída ao fato de que o compressor é acionado para temperatura programada de 22°C. Ou seja, quanto menor for a demanda de aquecimento, mais frequentemente ocorre que o desligamento do compressor, mas a potência de ventilação continua a ser contabilizada, até que a temperatura de 24°C para resfriamento seja atingida. Outro fator relevante sobre a potência de ventilação é que a sua vazão é constante e dimensionada para a carga térmica de resfriamento, já que é a maior demanda para os climas do Brasil.
O comportamento do COP em relação à temperatura do ar externo é apresentado na Figura 9 para uma faixa de temperatura de bulbo seco do ambiente interno para o equipamento mini-split modelado. Quanto maior a temperatura do ar externo em relação a 8,33°C, maior a capacidade disponível e maior a potência consumida também, resultando em pequeno aumento do COP.
Neste estudo inicial, para a estimativa do consumo anual de equipamento mini-split por EE média, observou-se que o consumo de ventilação teve maior variação com o clima do que o consumo de aquecimento. Entretanto, o principal ponto para relacionar a estimativa de consumo de um equipamento mini-split por um índice de eficiência é o perfil de carga térmica, assim como para resfriamento, porque o consumo de ventilação a vazão constante é determinado ao longo do ano apenas em função da carga térmica total, pressão estática e rendimento do ventilador e motor, que são valores nominais.
- Conclusões
Com a realização das simulações computacionais, foi possível conhecer as variações nos indicadores de eficiência energética de um sistema de ar condicionado mini-split quente/frio por ciclo reverso e do sistema Ideal Loads, ambos simulados no programa computacional EnergyPlus. Os indicadores considerados são o COP e a Eficiência Energética, calculados a partir dos resultados das simulações. As principais conclusões obtidas foram:
– Considerando o mini-split para refrigeração, observa-se que o COP médio anual foi superior ao COP nominal de 3,5 para todas as cidades analisadas;
– Considerando o mini-split para refrigeração, o COP médio variou de 3,74 a 3,96 para as zonas bioclimáticas 5 a 8;
– Considerando o Ideal Loads para refrigeração, o COP médio variou de 3,30 a 3,45 para as zonas bioclimáticas 5 a 8;
– Os resultados para eficiência energética média de refrigeração apresentaram valores superiores comparados à eficiência energética nominal do INMETRO para todas as cidades analisadas, tanto para o sistema de condicionamento de ar mini-split quanto para o sistema Ideal Loads;
– Considerando o mini-split para refrigeração, observa-se que o COP médio anual foi superior ao COP nominal de 3,5 para todas as cidades analisadas. Para o sistema Ideal Loads os resultados foram inferiores, com valores de 2,24 a 3,41;
– Os resultados para eficiência energética média de aquecimento apresentaram valores inferiores comparados à eficiência energética nominal do INMETRO para todas as cidades analisadas, tanto para o sistema de condicionamento de ar mini-split quanto para o sistema Ideal Loads.
Vanessa Cavalcanti Paes Duarte (1); Mateus Vinícius Bavaresco (2); Ana Paula Melo (3); Roberto Lamberts (4)
(1) Mestre em Engenharia Civil, Doutoranda do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, vanessapaesduarte@gmail.com
(2) Mestre em Engenharia Civil, Doutorando do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, mateus.bavaresco@posgrad.ufsc.br
(3) Doutora em Engenharia Civil, Pós-Doutoranda do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, apaula_melo@posgrad.ufsc.br
(4) PhD, Professor do Departamento de Engenharia Civil, roberto.lamberts@ufsc.br
Universidade Federal de Santa Catarina, Departamento de Engenharia Civil, Laboratório de Eficiência Energética em Edificações
Referências BIBLIOGRÁFICAS
ASHRAE – AMERICAN SOCIETY OF HEATING, REFRIGERATING AND AIR-CONDITIONING ENGINEERS. ANSI/ASHRAE Standard 90.1: Energy Standard for Buildings Except Low-Rise Residential Buildings. Atlanta, 2013.
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CUTLER, D.; WINKLER, J.; KRUIS, N.; CHRISTENSEN, C. Improved modeling of residential air conditioners and heat pumps for energy calculations. National Renewable Energy Laboratory. EUA. 2013.
DUARTE, V.C.P. Comparação do desempenho de sistema de climatização para uma edificação comercial em Florianópolis/ SC. Dissertação de Mestrado. Programa de Pós- Graduação em Engenharia Civil, Universidade Federal de Santa Catarina. Florianópolis, SC. 2014.
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LABEEE – Laboratório de Eficiência Energética em Edificações. Arquivos climáticos INMET 2016. Disponível em: http://www.labeee.ufsc.br/downloads/arquivos-climaticos/inmet2016 Acesso em: 19 de outubro 2016.
MEISSNER, J, W.; et al. Performance curves of room air conditioners for building energy simulation tools. Applied Energy, v.129, p. 243-252. 2014.
PEREIRA, G, C.; MENDES, N. Empirical modeling of room air conditioners for building energy analysis. Energy and Buildings, v.47, p. 19-26. 2012.
Agradecimentos: Os autores agradecem à ELETROBRAS/PROCEL e à CAPES pelos recursos financeiros aplicados no financiamento do projeto.
Veja também: Plano de ação para a regulamentação da eficiência energética nas edificações
