Sistemas em Cascata – A combinação tecnológica para a mais elevada eficiência.
A descarbonização é um tema prioritário e importante, no qual a TRANE tem concentrado esforços para desenvolver soluções sustentáveis, mais eficientes e capazes de reduzir as emissões de gases com efeito de estufa, como o metano e o dióxido de carbono, cuja concentração na atmosfera é sobretudo resultado da queima de combustíveis fósseis, de práticas agrícolas insustentáveis e da desflorestação.
Considerando que hoje a maioria das industrias europeias utiliza caldeiras de combustível fóssil (gás/óleo) para aquecimento, na TRANE estamos comprometidos em utilizar recursos renováveis disponíveis na natureza como parte de nossa contribuição para mitigar as mudanças climáticas e reduzir a pegada de carbono, desenvolvendo soluções mais eficientes e amigas do ambiente e colaborando para o atingimento das metas definidas pela União Europeia no caminho para a neutralidade carbónica até 2050.
Os sistemas em cascata da TRANE combinam a capacidade da bomba de calor água-água, quando estão disponíveis fontes naturais de energia hídrica ou energia residual reutilizável, com sistemas de bomba de calor ar-água utilizando o ar ambiente como fonte adicional de energia. A combinação de ambas as tecnologias permitem produzir água quente a elevadas temperaturas com a mais elevada eficiência.
Através deste tipo de sistemas em cascata, é possível a aplicação em instalações existentes, operando em complemento à caldeira existente num regime de 80°C-60°C, ou seja, num regime de delta de 20°C que é o delta normalmente utilizado nas caldeiras.
O sistema em cascata é composto por duas fases:
• A primeira fase consiste no uso de bombas de calor ar-água ou água-água que produzem água quente a temperaturas intermédias (25-50°C).
• A segunda fase consiste em bombas de calor de fonte de água intermédia (25 a 50°C), normalmente chamadas de Booster e que produzem água a temperaturas mais elevadas (até 120°C).
Os sistemas em cascata são habitualmente utilizados em diversas aplicações como:
• Sistema de aquecimento a alta temperatura ou necessidades de água quente utilizando fontes de baixa temperatura.
• Climas mais frios tendo o ar como fonte,
• Aplicações que requerem dois níveis de temperatura de água quente ou a procura simultânea de produção de água fria e de água quente doméstica (ex: aplicações hoteleiras).
Este modelo de sistema em cascata só fornece água quente a alta temperatura sendo amplamente utilizado em instalações onde só é necessário fornecer ao edifício apenas água quente sanitária ou sistemas de aquecimento com radiadores.
É uma solução tipicamente utilizada para a substituição direta de caldeiras existentes em edifícios.
A bomba de calor (CXAF) funciona apenas no modo de aquecimento e não fornece refrigeração. O objetivo é gerar água quente para o depósito de inércia.
A temperatura intermédia é selecionada para gerar o COP ideal entre as bombas de calor.
Neste tipo de instalação, o depósito de inércia encontra-se a fornecer água quente em simultâneo a uma fonte de calor para unidades de tratamento de ar e para o Booster.
A temperatura intermédia agora é selecionada de forma a garantir a transferência de calor correta para as unidades de tratamento de ar.
Este tipo de instalação é a ideal para realizar o aquecimento ambiente dos edifícios, contribuindo para o aumento da eficiência do edifício.
Com a utilização de uma bomba de calor multitubos (CMAF ou CMAC), conseguimos fornecer aquecimento e arrefecimento em simultâneo para o sistema de HVAC num edifício.
Considera-se o sistema mais eficiente pelo facto de estarmos a recuperar o calor disponível da água fria, resultando num melhor aproveitamento da energia utilizada no sistema.
Esta é a solução preferida em novas construções, utilizando as bombas de calor para fornecerem arrefecimento total ou aquecimento.
O depósito de inércia é um componente que desempenha um papel importante na conceção de um sistema em cascata. Ele fornece o armazenamento de água quente para garantir uma carga térmica mínima no sistema de forma a evitar ciclos curtos de funcionamento dos compressores.
Também contribui para mitigar os efeitos dos ciclos de descongelamento no sistema em cascata.
O correto dimensionamento do depósito é um fator importante para garantir a melhor eficiência e funcionamento do sistema.
Para conseguirmos determinar o volume de água necessário para o sistema, utilizamos a seguinte equação:
Nomenclatura:
• ΔEt - alteração da energia térmica em kJ
• m - massa em kg
• c - capacidade térmica específica do material
• ΔΘ - variação de temperatura em °C
Por exemplo, se temos um chiller com um estágio mínimo de 50kW, que tamanho de depósito necessitamos para um tempo mínimo de funcionamento de 10 minutos se o compressor começar aos 45°C e parar aos 50°C?
ΔEt= 50kW x 600s = 30.000 kJ
m=ΔEt/(c × ΔΘ) = 30.000/(4.12 × 5) = 1456 litros
O depósito de inércia necessário é de, no mínimo, 1500 litros.
Principais vantagens dos sistema em cascata:
• Maior Desempenho - Ao facilitar a utilização do ar ambiente como fonte alternativa de energia, os sistemas em cascata podem criar temperaturas de aquecimento elevadas até 120°C.
• Máxima Flexibilidade - Capaz de obter energia do ar ambiente, bem como da água natural, geotérmica e de fontes de energia residual. Os sistemas em cascata oferecem uma flexibilidade inigualável.
• Maiores poupanças de energia - Melhorando a transferência de calor, a configuração em duas fases resulta numa redução significativa do consumo de energia
• Redução das emissões de CO2 e da pegada ecológica,
• Utilização de equipamento com baixo GWP,
• Soluções de aquecimento e arrefecimento altamente eficientes.
