Foto cedida por : Geothermal Heat Pump Consortium (NREL PIX)

1. Análise de Projeto de Bomba de Calor de Fonte Subterrânea Curso de Análise de Projeto de Energia Limpa Philadelphia Enterprise Centre, EUA – 28 BCFSs para Aquecimento e Refrigeração Foto cedida por : Geothermal Heat Pump Consortium (NREL PIX) © Ministro de Recursos Naturais Canada 2001 – 2006.

2. Objetivos • Revisar conceitos básicos sobre sistemas com Bomba de Calor de Fonte Subterrânea (BCFS) • Ilustrar considerações chave para análise de projeto para BCFS • Apresentar o Modelo de Projeto RETScreen® BCFS

3. O que fornece um sistema BCFS ? • Aquecimento • Refrigeração • Água Quente • Sólidas fundações anti congelantes …mas também… • Eficiência • Menos Manutenção • Menos necessidade de espaço • Baixo custo operacional Casa Impact 2000, Massachusetts, EUA Foto cedida por : Solar Design Associates (NREL PIX) Bomba de Calor Residencial • Capacidade estável • Conforto e qualidade do ar • Reduzido pico de eletricidade para ar condicionado

4. Componentes de um sistema BCFS • Conexão à terra • Acoplado ao solo • Água do solo • Água da superfície • Bomba de calor de fonte líquida • Subsistema de distribuição de aquecimento/resfriamento interior • Dutos convencionais 3 2 1

5. Bomba de Calor de Fonte Líquida • Bomba de Calor Água-para-ar • Direção Reversa • 3,5 a 35 kW de refrigeração por unidade • Unidades múltiplas para grandes edifícios Compressor Vapor de Alta Temperatura e Alta Pressão Vapor de Baixa Pressão e Baixa Temperatura Condensador Evaporador Líquido de Alta Pressão e Alta Temperatura Líquido de Baixa Pressão e Baixa Temperatura Válvula de Expansão • Calor residual oriundo da compressão gera água quente através de desuperaquecedor

6. Tipos de Ligação à Terra Vertical • Solo rochoso • Mais caro • Pouca terra usada • Alta eficiência Horizontal • Usa mais terra • Menos caro • Pequenos edifícios • Variação de temperatura Água do solo • Aquífero + Injeção • O menos caro • Regulamentação • Sujeira • Também trocadores de calor de água superficial e de coluna

7. BCFS Recursos: Temperaturas do solo • O solo absorve aprox. Metade da energia incidente do sol • O solo atenua variações de temperatura • BCFS mais eficiente • Variação de temperatura diminui com profundidade • Irrelevante abaixo de 15 m TEMPERATURA TEMPERATURA OUTONO INVERNO VERÃO Gráfico: Guia Canadense de Edifícios • Temperaturas do solo no local dependem do clima, solo & capa neve, declividade, propriedades do solo, etc…

8. Exemplos de Custos de Sistema BCFS • Concessionária subsidia cargas de ar condicionado com menor pico • Custos com energia ascendentes • Preocupações ambientais • Ar condicionado é Bonus Foto cedida por : Suomen Lämpöpumpputekniikka Oy Foto cedida por : GeoExchange Consortium

9. Considerações sobre Projeto de Bombas de Calor de Fonte Subterrânea • Melhor relação de custo quando: • Necessita de aquecimento e refrigeração • Grandes variações sazonais de temperatura • Construção nova ou troca do HVAC • Para aquecimento: baixo custo de eletricidade e alto custo de óleo e gás • Para resfriamento: alto custo com eletricidade e encargos por carga de pico • Disponibilidade de equipamentos de perfuração e escavação • Incerteza sobre custo de instalação do trocador • Critério do cliente para determinação de viabilidade econômica Layout de trocador de calor, Edifício Comercial Instalação de BCFS Foto cedida por : Craig Miller Productions and DOE (NREL PIX)

10. Exemplos: Australia, Alemanha e SuíçaSistemas de Edifícios Residenciais • Casas em extremos elevados • Maior custo de capital • Visão de retorno de longo prazo • Beneficios ambientais ou de conforto • Estímulo da concessionária pode ser um fator significativo Bomba de Calor de água do solo de 20 kW, Alemanha Broca de Perfuração p/ poço vertical, Residencia Suiça Foto cedida por : Bundesverband WärmePumpe (BWP) e.V. 320 Apartmentos, Sul Australia Foto cedida por : Eberhard & Partner AG Foto cedida por : GeoExchange Consortium

11. Exemplos: RU e EUASistemas de Edifícios Comerciais • Normalmente exigem retorno de curto prazo (< 5 anos) • Disponibilidade de terra pode ser um problema • Menor utilização de espaço interno • Automação simples e distribuída • Reduzido risco de vandalismo • Tarifas reduzidas de carga na ponta • Desnecessário aquecimento auxiliar Edificio Comercial, Croydon, RU Foto cedida por : Groenholland B.V. Posto de Gasolina, Kansas, EUA Condominio de Edificios, Kentucky, EUA Foto cedida por : Marion Pinckley (NREL PIX) Foto cedida por : International Ground Source Heat Pump Association

12. Exemplos: Canada e EUASistemas de Edifícios Institucionais • Retornos mais longos aceitáveis • Mais receptivos a inovações • Cargas de aquecimento e refrigeração simultâneas Vala para Trocador Horizontal Foto cedida por : Robert R. Jones/Oklahoma State University (NREL PIX) Escola, Quebec, Canadá Foto cedida por : Natural Resources Canada

13. RETScreen®Bomba de Calor de Fonte Subterrânea – Modelo de Projeto • Análise mundial de produção de energia, custo do ciclo de vida e redução das emissões dos gases de efeito estufa • Circuito fechado Horizontal & vertical • Circuito aberto de água do solo • Residencial, comercial, institucional & industrial • Atualmente não incluídos: • BCFSs águas superficiais • Avaliações térmicas de longo prazo, no solo • Aquecimento & refrigeração simultâneos (apenas cargas em bloco) • Aquecimento de água

14. RETScreen®BCFS Cálculo de Energia Dados climáticos Entrada do usuário Sistema BCFS Entrada do usuário Edifício Entrada do usuário Gerar relação entre carga vs. temperatura, projetar pontos de carga e de equilíbrio Gerar gradientes de temperatura e calcular temperatura do solo Estimar capacidade instalada da Bomba de Calor Calcular carga do edifício para cada depósito Avaliar dimensão do circuito do solo ou vazão da água do solo Avaliar desempenho da bomba de calor atual e a capacidade de cada depósito Ver e-Manual Análise de Projeto de Energia Limpa: RETScreen® Engenharia e Casos Capítulo de Análise de Projeto de Bomba de Calor de Fonte Subterrânea Calcular aquecimento suplementar ou necessidade de refrigeração e uso anual de energia do sistema BCFS (aquecimento e refrigeração)

15. Exemplo Validação do RETScreen® Modelo de Projeto BCFS • Uso da energia comparado para compartimentos sintetizados versus dados monitorados • Comprimento GHX comparado a 6 programas de dimensionamento e programa de simulação detalhada Programa Projeto 1 ano * Projeto 10 anos Residência 1 Louisiana Residência 2 Wisconsin Comercial Nebraska Residência 1 Louisiana Residência 2 Wisconsin Comercial Nebraska Média de outros softwares 266 124 141 293 129 148 vs. RETScreen Descritivo 257 -4% 135 9% 121 -14% 257 -12% 135 5% 121 -18% vs. RETScreen Uso de Energia 236 -11% 127 2% 132 -6% 236 -19% 127 -2% 132 -12% vs. Atual 344 29% 160 29% 141 0% 344 17% 160 24% 141 -5% * Valores do projeto de 1 ano usados para comparação com RETScreen

16. Conclusões • BCFSs fornece aquecimento, refrigeração & água quente • O solo atenua variações de temperatura e ocasionam altas eficiências da BCFS • Custos iniciais da BCFS são maiores, porém custos de O&M menores • Climas que requerem aquecimento e refrigeração são mais promissores • RETScreen® estima: • Distribuição de freqüência da temperatura externa • Cargas do edifício como função da temperatura externa • Beneficio do aquecimento ambiental e energia de refrigeração anuais • RETScreen® fornece análise de cálculo anual que pode ter precisão comparável a modelos de simulações de horas • RETScreen® pode fornecer reduções significativas dos custos para desenvolvimento do estudo de viabilidade

17. Perguntas? Módulo de Análise de Projeto de Bombas de Calor de Fonte Subterrânea RETScreen® International Curso de Análise de Projeto de Energia Limpa Para informações adicionais consultar a página Web do RETScreen em www.retscreen.net