Sistemas de Climatização por Condensação a Ar: Maximizando ... · Quanto maior a variação de...
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Msc. Eng. Fernando Pozza
Sistemas de Climatização por Condensação a Ar:
Maximizando o Desempenho do Sistema em Cargas
Parciais Através da Análise do Perfil de Temperaturas
Externas
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Situação da Energia Elétrica no Brasil - 2015
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Situação da Energia Elétrica no Brasil - 2015
Tendência de aumentos crescentes
na tarifa de energia elétrica.
- Projeção da matriz de geração
elétrica mais suja;
- Inserção de mais Termoelétricas;
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Fonte: ABESCO (08/2015)
Consumo de Energia Por Setores x
E. Energética
• No setor comercial e de serviços a climatização representa um
consumo de energia em média de:
Climatização
Climatização
Climatização
Climatização
Climatização
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Fonte: Revista ABRAVA – climatização + refrigeração (n° 08/2014)
Consumo de Energia Por Setores x
E. Energética
• No setor industrial a climatização representa um consumo de energia
de até 65% do consumo para algumas atividades industriais;
• Na parte de refrigeração industrial e comercial os gastos com energia
pode chegar até 85% do total da fatura de energia:
CONSUMO DE ENERGIA NAS INDÚSTRIAS
Setor da IndústriaEnergia Elétrica Utilizada em
Refrigeração
Processamento de Leite 25%
Cervejarias 35%
Chocolate 40%
Alimentos Congelados 60%
Armazéns Frigorificados 85%
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Consumo de Energia Por Setores x
E. Energética
Desta forma, um incremento na eficiência dos sistemas de climatização e
refrigeração irá contribuir sensivelmente para redução do consumo de
energia e demanda, além das emissões de GEE;
Em relação a equipamentos de condensação a AR:
O que deve ser Observado e Especificado para obter um maior
desempenho???
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Na maior parte de tempo o Sistema de
A/C (chiller, VRV, Split…) operam abaixo
da capacidade nominal, variando
conforme o perfil de carga térmica da
construção.
Quanto maior for a variação durante o
ano, maior importância terá a operação
deste equipamento em cargas parciais.
Eficiência em Cargas Parciais
1 - 2% das
horas anualKcal/h
Importância da Operação em Cargas Parciais de
Equipamentos de Ar Condicionado
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Quanto maior a variação de carga
térmica e/ou da temperatura do
ar externo, maior será a
importância da utilização de
sistemas com alta eficiência em
Cargas Parciais e controle de
capacidade por Inversor.
Fator de Carga Térmica Para Algumas Aplicações
Perfil de Carga Térmica Típica de Edificações
Importância da Operação em Cargas Parciais de
Equipamentos de Ar Condicionado
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Principais Parâmetros que Influenciam
no Desempenho em Cargas Parciais
• Temperatura de Condensação
• Temperatura de Evaporação
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Influência da Temperatura de Condensação
no Desempenho em Cargas Parciais
,,
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PARA SER POSSÍVEL OPERAR TECNICAMENTE:
1°) VALVULA DE EXPANSÃO ELETRÔNICA;
Influência da Temperatura de Condensação
no Desempenho em Cargas Parciais
,,
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Importância da Válvula de Expansão
Eletrônica
• Os sistemas de refrigeração podem trabalhar com superaquecimentos menores, em torno de 2°C sem risco de retorno de líquido para o compressor;
• São capazes de operar com menores pressões de condensação, o que é especialmente importante quando se tem baixa temperatura ambiente;
• A VEE permite um controle eficiente da capacidade e do superaquecimento, operam com baixos diferenciais de pressão e podem ser acopladas a outros sistemas de controle e monitoração;
• Podem resultar em economia de energia de 10% ou mais quando em comparação as VET para a mesma aplicação e uso;
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Influência da Temperatura de Condensação
no Desempenho em Cargas Parciais
,, ,,
,, ,,
PARA SER POSSÍVEL OPERAR TECNICAMENTE:
1°) VALVULA DE EXPANSÃO ELETRÔNICA;
2°) MAIOR ÁREA DE CONDENSAÇÃO: Para uma dada condição
externa, quanto maior for a área de condensação ou melhor for o “U”,
menor precisa ser a temperatura de condensação (pressão de
condensação equivalente) para que tenha troca térmica e portanto maior
será o COP .
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Importância do TC - Condensador
Trocador de calor com 4 faces:
Superfície de troca térmica 50% maior (Max. 235m²)
Área de Superfície
Maximizada
32 aletas
Espaço entre as aletas 30% menor
VRV InovaAlta
Eficiência
VRV Padrão
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Importância do TC - CondensadorTrocador de calor com 4 faces com 3 filas de tubos:
Eficiência 30% melhor devido à serpentina de 3 filas com tubos de cobre
de menor diâmetro
3 filas com tubo de Cobre
de diâmetro menor (Φ7mm)
Menor Perda de Carga!Menor Ruído
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Importância do TC - Condensador
A Daikin projeta os módulos com maior área de troca térmica e
com vazão de ar externo através da serpentina igual ou maior que os
módulos de mesma capacidade dos demais fabricantes do mercado;
Com isso obtém U.E para o sistema VRV com maior
desempenho e mesmo assim compactas e com menor nível de ruído
em relação aos demais concorrentes;
Menor nível de ruído pois trabalha forte nas questões
aerodinâmicas do ventilador e serpentina, além de que com maior área
de face das serpentinas reduz a velocidade do ar e com isso também
reduz a perda de carga no lado do Ar;
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Influência da Temperatura de Condensação
no Desempenho em Cargas Parciais
,, ,,
,,,,
PARA SER POSSÍVEL OPERAR TECNICAMENTE:
1°) VALVULA DE EXPANSÃO ELETRÔNICA;
2°) MAIOR ÁREA DE CONDENSAÇÃO;
3°) INVERSOR: quando diminui a temperatura de condensação
aumenta consequentemente o efeito de refrigeração do ciclo, portanto,
para manter a mesma capacidade inicial deve ser reduzido a vazão de
fluido refrigerante no evaporador através da redução da rotação do
compressor, o que reduz a potência de eixo (consumo elétrico).
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Influência da Temperatura de Condensação
no Desempenho em Cargas Parciais
,, ,,
,, ,,
PARA SER POSSÍVEL OPERAR TECNICAMENTE:
1°) VALVULA DE EXPANSÃO ELETRÔNICA;
2°) MAIOR ÁREA DE CONDENSAÇÃO;
3°) INVERSOR
4°) PODEROSO SISTEMA DE GERENCIAMENTO DINÂNICO;
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Importância do Gerenciamento Dinâmico
Consumo dos
compressores
Consumo total
Consumo dos
ventiladores
Co
nsu
mo
(kW
)
Pressão de Condensação
Melhor valor de
pressão para alcançar
o melhor COP da
unidade
o controlador deve
estar habilitado
para modular nas
condições de
trabalho para
alcançar o ponto de
maior eficiência.
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Importância da Tecnologia do Compressor
e
SLIDING VALVE para VVRINVERTER
Para otimização da eficiência do Compressor
Para modulação infinita de capacidade
Nova Tecnologia de Compressor para Chillers de:
200 - 515 TR (linha ATS de 50 a 200 TR já possui VVR)
Para um melhor desempenho em qualquer condição de operação
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Importância da Tecnologia do CompressorNova Tecnologia de Compressor para Chillers de:
200 - 515 TR (linha ATS de 50 a 200 TR já possui VVR)
Razão de Volume Variável (VVR) Relação de Volume Variável (VVR) Uma válvula de deslizamento éposicionada pelo controlador em duaspossíveis posições, alterando a razãodo volume do compressão e ageometria no lado de descarga.
O efeito desta operação é aotimização da eficiência docompressor, conforme a atualcondição de operação.
Posição A: Razão de Volume 2.0 Baixa razão de pressão
A
A
B Posição B: Razão de Volume 3.0 Alta razão de pressão
Sucção
DescargaB
Geometriade Descarga
Seção de Descarga
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Importância da Tecnologia do Compressor
Pressão de Condensação
Baixa Razão de Pressão
Alta Razão de Pressão
Pressão de Evaporação A B
Posição A: Razão de Volume 2.0 Baixa razão de pressãoA
B Posição B: Razão de Volume 3.0 Alta razão de pressão
Razão de Volume Variável (VVR)
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Importância da Tecnologia do CompressorNova Tecnologia de Compressor para Chillers de:
200 - 515 TR (linha ATS de 50 a 200 TR já possui VVR)
Razão de Volume Variável (VVR)
Efic
iên
cia
do
Co
mp
ress
or
Razão de Pressão
VR 3.0 VR 2.0
A eficiência do compressor é otimizada com Razão de Volume Variável emqualquer condição de trabalho, graças a:• Sliding valve móvel• Avançado software do
controlador
…como se tivesse
2 compressores em 1
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Perfil da Temperatura Externa de São Paulo
- Carga Térmica de projeto de verão é calculada para atender a 99,6% do tempo, ou
seja, não atende apenas 35 h das 8760 horas do ano.
- Temperatura de projeto para São Paulo é de 32°C (NBR 16.401).
Mais de 7.000 h
abaixo de 23°C
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Perfil da Temperatura Externa de Curitiba/PR
- Carga Térmica de projeto de verão é calculada para atender a 99,6% do tempo, ou
seja, não atende apenas 35 h das 8760 horas do ano.
- Temperatura de projeto para Curitiba é de 30,9°C (NBR 16.401).
39107
278
748
1513
2231
1810
1078
603
297
550 0
0
500
1000
1500
2000
TEMPERATURA BIN - ANUAL PARA A CIDADE DE CURITIBA
n° de horas do ano
TO
TA
L D
E H
OR
AS
NO
AN
O (
h)
TEMPERATURA EXTERNA, TBS (°C)
Mais de 7.800 h
abaixo de 23°C
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Desempenho em Cargas Parciais Conforme
Condições de Operação
VRV INOVA – 24 HP DAIKIN
Capacidade: 67 KW
Cond. Inter: 27°C e 19°C (TBU)
CHILLER AWS – DAIKIN
Capacidade: 300 TR
AAG: 6,67°C e RAG: 12,2°C
Aplicação: comercial; parte
administrativa; conforto.
Aplicação: industrial; grandes
cargas; processo.
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Desempenho - VRV 24 HP – 67 KW – São Paulo
TBS – São Paulo - SP
5,81 5,67 5,485,21
4,69
4,203,76
3,31
8,017,79
7,17
6,47
5,88
5,32
4,824,45
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0
0
500
1000
1500
2000
2500
DESEMPENHO EM CARGA PLENA DE UM VRV - 24 HP (100% SIMULTANEIDADE)
n° de horas do ano Desempenho VRF Padrão (24 HP) Desempenho VRV Alto Desempenho (24 HP)
TOTA
L D
E H
OR
AS
NO
AN
O (
h)
CO
P (
kW/k
W)
TEMPERATURA EXTERNA, TBS (°C)
38%
SUPERIOR
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Desempenho - Chiller de 300 TR – AR - SP
TBS – São Paulo - SP
6,476,1
5,67
5,264,87
4,494,14
3,83,48
4,96
4,534,17
3,873,6
3,353,12
2,892,67
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
0
500
1000
1500
2000
2500
DESEMPENHO DE UM CHIILER CONDENSAÇÃO A AR PARA 300 TR
n° de horas do ano Desempenho Chiller Inverter Desempenho Chiller Padrão
TOTA
L D
E H
OR
AS
NO
AN
O (
h)
CO
P (
kW/k
W)
TEMPERATURA EXTERNA, TBS (°C)
36%
SUPERIOR
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ICOP – AHRI 1230: A forma mais fácil de comparar o desempenho em Cargas
Parciais entre dois sistemas VRV de mesma capacidade
Desempenho em Cargas Parciais
Pesos:
A = 0.02 (2%)
B = 0.617 (61,7%)
C = 0.238 (23,8%)
D = 0.125 (12,5%)
ICOP = A*COP100% + B*COP75% + C*COP50% + D*COP25%
2,0%
61,7%
23,8%
12,50%
0,0%
10,0%
20,0%
30,0%
40,0%
50,0%
60,0%
70,0%
A - 100% B - 75% C - 50% D - 25%
PES
O -
% D
E O
PER
AÇ
ÃO
PONTOS – % CARGA
PONTO CARGA (%) % OPERAÇÃO COND.EXTERNA COND.INTERNA
A A - 100% 2,0% 35.0℃ - TBS 27.0℃-TBS, 19.0℃-TBU
B B - 75% 61,7% 27.5℃ - TBS 27.0℃-TBS, 19.0℃-TBU
C C - 50% 23,8% 20.0℃ - TBS 27.0℃-TBS, 19.0℃-TBU
D D - 25% 12,50% 18.33℃ - TBS 27.0℃-TBS, 19.0℃-TBU
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IPLV – AHRI 550/590: A forma mais fácil de comparar o desempenho em Cargas
Parciais entre dois Chiller de mesma capacidade
Desempenho em Cargas Parciais
IPLV = A*COP100% + B*COP75% + C*COP50% + D*COP25%
PONTOCARGA
(%)
%
OPERAÇÃO
COND.
EXTERNA
ÁGUA
GELADA
A 100% 1,0% 35.0 ℃ - TBS 6,7 °C
B 75% 42% 26,7 ℃ - TBS 6,7 °C
C 50% 45% 18,3℃ - TBS 6,7 °C
D 25% 12% 12,8℃ - TBS 6,7 °C
1,0%
42,0%45,0%
12,00%
0,0%
5,0%
10,0%
15,0%
20,0%
25,0%
30,0%
35,0%
40,0%
45,0%
50,0%
A - 100% B - 75% C - 50% D - 25%
PE
SO
-%
DE
OP
ER
AÇ
ÃO
PONTOS – % CARGA
Pesos:
A = 0.01 (1%)
B = 0.42 (42%)
C = 0.45 (45%)
D = 0.12 (12%)
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VRV INOVA – Maior desempenho em cargas parciais do mercado - ICOP
Ideal para quem Busca:
- Diminuição dos Custos Operacionais
- PEE Concessionárias
- Certificação LEED: Silver, Gold,
Platinum
- Retrofit: equipamentos antigos
Para Comparação:
- Split Normal: ICOP 3,67
- Splitão: ICOP 3,5
- VRV INOVA: ICOP 7,19
Desempenho em Cargas Parciais
COP – Relacionado a Demanda (kW) ICOP – Dita o Consumo (kW.h)
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
8 10 12 14 16 18
CO
P
HP
VRV III VRV INOVA
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0
8 10 12 14 16 18
IEE
R -
ICO
P
HPVRV III VRV INOVA
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Nível de Ruído x Desempenho x Estética
Nível de Ruído e Eficiência…
Alguns métodos utilizados para reduzir o nível de ruído ou melhorar a estética
(projeto) em sistemas de condensação a ar podem afetar o desempenho:
Redução da Rotação
dos VentiladoresIsolamento/Restrições
Externas
Redução da Vazão de Ar Através da Serpentina
Aumento da Temperatura de Condensação
Redução da Capacidade de Resfriamento e Aumento da Potência Elétrica
Redução
do COP
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Nível de Ruído x Desempenho x Estética
Nível de Ruído x Eficiência x Estética em Sistema VRV…
Para sistemas VRV outras tecnologias, além de maior área de troca térmica;
maior vazão de ar; aerodinâmica, foram implantadas para operação
silenciosa, manter o desempenho e possibilitar projetos mais sofisticados:
Duto
Duto
Grelha
Janela
Descarga
Sucção
Possibilidade de ajuste da Pressão Estática Externa na U.E
Observar as velocidades da tomada de Ar externo através das venezianas
Operação Silenciosa
Modo Noturno:Redução da Rotação dos
Ventiladores:
Redução de até 17 dB(A)
ex: 63 dB(A) para 46 dB(A)
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Nível de Ruído x Desempenho x Estética
Nível de Ruído x Eficiência x Estética em Sistemas de Água Gelada…
Ventiladores
(ruído aerodinâmico)
Compressores
(ruído mecânico) Estrutura Rígida
e Invólucro
O que geralmente fazem para reduzir o ruído???
Aplicam medidas externas ao chiller:
- Enclausuramento Acústico
- Barreira Acústica
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Nível de Ruído x Desempenho x Estética
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Nível de Ruído x Desempenho x Estética
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Todas estas tecnologias agregam desempenho, qualidade,
flexibilidade e confiabilidade ao equipamento!!!
Porém, com todas estas caraterísticas os equipamentos
de alto desempenho são viáveis financeiramente?
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PREMISSAS:
Avaliação Energética - ROI
• Aplicação hotel RJ: Áreas Comuns, Lobby e Quartos;
• Operação 24 horas por dia – 360 dias por ano;
• Fator de carga térmico fora de ponta: 60%;
• Fator de carga térmica na ponta: 50%;
• Carga térmica simultânea de 85% da capacidade instalada;
• Tarifa: subgrupo A4 verde – Concessionária Light;
• Sobre a tarifa de energia foi aplicado ICMS de 25%; PIS/COFINS de 3,33 %;
• Custo anual estimado com manutenção no valor de R$ 92/TR/ano (TR instalado) paraos equipamentos Daikin e de R$ 115/TR/ano para VRF Concorrente;
• Investimento em equipamentos do Concorrente: R$ 550.000,00;
• Investimento em equipamentos Daikin: R$ 750.000,00;
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Avaliação Energética - ROI
PREMISSAS:
Unidade Condensadora VRV
Modelo MarcaCapacidade
(HP)Quant. Tensão
Potência
Elétrica
(kW)
COP%
SuperiorICOP
%
Superior
24 HP - 241
380
380
19,79 3,41 4,29
RHXYQ24AYL DAIKIN 24 14,8 4,54 33,1% 7,82 82,3%
28 HP - 286
380
380
22,22 3,51 4,36
RHXYQ28AYL DAIKIN 28 18,2 4,32 23,1% 7,63 75,0%
Tarifa Sem Imposto Com Imposto
Demanda (kW) R$ 9,13 12,738
Consumo Ponta (kW.h) R$ 0,91 1,269
Consumo F. Ponta (kW.h) R$ 0,23 0,326
• Capacidade Total Instalada em VRV: 192 HP
TARIFAS BASE NA ÉPOCA DO
ESTUDO : 12/2014
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Avaliação Energética - ROI
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Avaliação Energética - ROI
R$ 1.572.768,17
R$ 1.910.689,52
R$ 0,00
R$ 150.000,00
R$ 300.000,00
R$ 450.000,00
R$ 600.000,00
R$ 750.000,00
R$ 900.000,00
R$ 1.050.000,00
R$ 1.200.000,00
R$ 1.350.000,00
R$ 1.500.000,00
R$ 1.650.000,00
R$ 1.800.000,00
R$ 1.950.000,00
R$ 2.100.000,00
0 1 2 3 4 5 6
ANOS
CUSTO ACUMULADO x ROI
VRV DAIKIN VRF
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PREMISSAS:
Avaliação Energética – ROI: Chiller
• Aplicação Industria PR: Climatização Processo Fabril;
• Operação 24 horas por dia – 6 dias por semana;
• Fator de carga térmica fora de ponta: 60%;
• Fator de carga térmica na ponta: 50%;
• Tarifa: subgrupo A4 azul – Concessionária Copel;
• Sobre a tarifa de energia NÃO foi aplicado ICMS e PIS/COFINS;
• Custo anual estimado com manutenção no valor de R$ 115/TR/ano para os equipamentos Daikin e deR$ 161/TR/ano para o equipamento concorrente devido ao tipo do compressor;
• Investimento em equipamentos de alto desempenho: R$ 460.000,00;
• Investimento em equipamentos de baixo desempenho: R$ 200.000,00;
• Não foi considerado custo de instalação, pois, para ambos são iguais;
• Desempenho chiller Concorrente: COP de 2,88; IPLV de 3,46;
• Desempenho do chiller proposto: COP de 3,23; IPLV de 6,51;
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Avaliação Energética – ROI: Chiller
PREMISSAS:
• Capacidade total Instalada em chiller: 200 TR
• Tarifas Horossazonal Azul Sem Impostos da Copel
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Avaliação Energética – ROI: Chiller
![Page 45: Sistemas de Climatização por Condensação a Ar: Maximizando ... · Quanto maior a variação de carga térmica e/ou da temperatura do ar externo, maior será a importância da](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021910/5c0244a809d3f20a538dd869/html5/thumbnails/45.jpg)
Avaliação Energética – ROI: Chiller
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CONCLUSÕES• Equipamentos de climatização com alto desempenho, quando comparados
com equipamentos novos mas de eficiência padrão (baixo custo), podemdiminuir os custos operacionais com energia de 20% a 40 % para as condiçõesde operação da região Sul e grande parte do Sudeste;
• Equipamentos de climatização com alto desempenho, quando comparados comequipamentos antigos, podem apresentar uma redução dos custos com energiana ordem de 30 a 50% ao longo de um ano;
• Equipamentos de condensação a AR de alta desempenho emcargas parciais são viáveis tecnicamente e financeiramente, alémde uma maior qualidade e confiabilidade.
• Faltará energia somente se os governantes, empresários e população em geralquiser, pois se utilizar equipamentos de alta eficiência e com inversor oconsumo de energia no Brasil pode reduzir drasticamente;
• Atualmente tem uma série de tecnologias para sistemas de condensação a ARpara conferir desempenho com baixo nível de ruído e ainda proporcionarflexibilidade para projetos arquitetônicos sofisticados;
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Gaste menos energia hoje e
compartilhe mais no futuro !!
Obrigado!
Msc. Eng. Fernando Pozza