Orientadores: Vivaldo Silveira Junior, Flavio Vasconcelos da Silva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-12T23:32:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fiori_JulianoJose_M.pdf: 6880493 bytes, checksum: d6458b990115262a0934b2886b8c7fb0 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: A utilização racional da energia é, atualmente, uma preocupação mundial. As questões ambientais referentes à degradação da camada de ozônio e ao aquecimento global caminham concomitante ao bom uso energético. A refrigeração destaca-se como sendo grande consumidora de energia elétrica, devido principalmente aos compressores. Focar um estudo no funcionamento desses componentes mostra-se coerente e vantajoso economicamente. Durante o horário de ponta, que corresponde a três horas do dia (das 18:00 as 21:00), há a possibilidade dos sistemas de refrigeração serem desligados, utilizando a energia a baixa temperatura que foi termoacumulada durante o período fora de ponta, com a diferença entre capacidade nominal e a necessária nas outras 21 horas do dia, podendo resultar em investimento fixo e custo variável menores, justificando o objetivo principal deste estudo. Apesar do coeficiente de performance (COP) de um sistema com fluido primário ser maior, a economia que ocorre em um sistema termoacumulado está no deslocamento da carga para horários em que a tarifa elétrica é menor. Estudando-se uma curva típica de carga térmica para uma câmara de estocagem pode-se verificar a aplicabilidade e economia de energia vinculada à utilização de um sistema com fluido secundário e termoacumulação. Para isso, foi realizado um estudo na carga térmica de uma câmara de estocagem de produtos resfriados com unidade frigorífica monobloco e localização interna a um prédio, avaliando-se diversas perturbações na mesma. Também foi construída uma instalação de fluido secundário (solução de propileno glicol) de um sistema de refrigeração (chiller) à câmara, adequandose trocadores de calor, tanques, isolamento térmico e instrumentação necessária. A estratégia de termoacumulação privilegiou o calor sensível, isto é, sem mudança de fase. Os ensaios realizados com o sistema construído e a estratégia de calor sensível mostraram que são eficientes para manter a temperatura da câmara abaixo de 5 ºC durante três horas no horário de ponta, racionalizando as curvas de demanda elétrica e térmica / Abstract: El uso racional de la energía es, en la actualidad, una preocupación mundial. Las cuestiones ambientales relativas a la degradación de la capa de ozono y el calentamiento global van conjuntamente al buen uso energético. La refrigeración se destaca como grande consumidora de energía eléctrica, debido principalmente al uso de los compresores. Hacer un estudio sobre el funcionamiento de estos componentes es coherente y económicamente ventajoso. Durante las horas punta, lo que corresponde a tres horas al día (de las 18:00 hasta las 21:00), existe la posibilidad de que no sea necesario el uso de los sistemas de refrigeración, utilizando la energía que se termoacumuló durante las horas fuera de punta, pudiendo resultar en la inversión fija y el costo variable inferiores, justificando el objetivo principal de este estudio. A pesar de que el coeficiente de performance (COP) de un sistema refrigerante primario sea superior, la economía que se produce en un sistema termoacumulado está en el desplazamiento de la carga durante horas en que la tarifa eléctrica es más baja. Estudiándose una típica curva de carga de calor para una cámara fría, se puede verificar la aplicabilidad y el ahorro de energía vinculado a la utilización de un sistema de fluido secundario y termoacumulación. Para ello, se realizó un estudio en la carga de calor de una cámara de almacenamiento en frío de productos alimenticios localizada interiormente a un edificio. También se construyó una instalación secundaria a la cámara del líquido utilizado (solución de propilenglicol) por el sistema de refrigeración (chiller), adecuándose intercambiadores de calor, tanques, aislamiento e instrumentación necesaria. La estrategia se concentró en la termoacumulación sensible, es decir, sin cambio de fase. Los ensayos realizados con el prototipo construido junto con la estrategia de calor sensible demostraron que son eficaces para mantener la temperatura de la cámara por debajo de 5 grados centígrados durante tres horas en el horario de punta, racionalizando las curvas de demanda eléctrica y térmica / Mestrado / Mestre em Engenharia de Alimentos

The building sector has great potential for energy savings since it is responsible for nearly a third of the global energy use. As oil, coal and natural gas continues to hold a big share of the energy mix it is important to work towards introducing more renewable energy alternatives. For an energy supply system, it is common to use a multi-energy system to increase efficiency. By increasing efficiency and the use of renewable energies, the total energy consumption can be lowered, and emissions can be reduced.   The purpose of this thesis was to design a multi-energy supply system for a high-rise building in Germany with low emissions. This was executed by constructing a simplified design used as a reference, also referred to as option 1, and two other designs with different energy sources, called design 1 and design 2. The design layout was constructed in collaboration with Transsolar. Design 1 is using a compression chiller and is presented as three different variants, option 2, 3 and 4. The three options were created to evaluate the pros and cons of a larger cold water storage tank and sizing of the compression chiller. Design 2, option 5, is using an absorption chiller and this option was created to investigate the opportunity to use district heating. Simulations were made of the designs with the simulation tool TRNSYS and presented in graph form. Values provided from the simulations were then used to calculate emissions, investment costs and net present value over a period of 40 years. For the net present value, three different variants were presented. One without carbon costs taken into consideration, one with low carbon costs and one with high carbon costs. The result was evaluated, and comparisons were made to suggest the most sustainable option for the building.   The result of design 1, which has a natural gas boiler for peak heating demand and a compression chiller as cold energy source, shows that the chiller produces a higher capacity compared to the installed value during the summer and a lower value during the winter. The norm capacity of the chiller in design 1 was 175 kW when combined with a larger cold water storage and 410 kW with no cold water storage. Comparison of those options showed that it is economical to install a cold water storage since the investment cost of the chiller is lowered. However, it also showed that a higher capacity of the chiller lowered the need for the gas boiler, because of the parallel heating and cooling characteristic of the chiller, which reduces emissions. Another option was made with a larger cold water storage implemented and an over dimensioned capacity of 340 kW for the chiller to reduce the gas needed for heating. For the option with the 175 kW compression chiller the gas boiler needed to supply 15% of the heating load of the building, while the option with the 340 kW compression chiller needed 3% of the buildings heating load to be provided by the gas boiler. This decrease in the gas boiler dependency reduced the emissions for heating from 52 ton/year to 41 ton/year, while still having comparable cost over time with low carbon costs and lower cost with high carbon costs. Therefore, the option with an over dimensioned chiller with an implemented big cold water storage is the favourable one, since it has the lowest emissions of the options of design 1 and is economically justifiable.   Design 2 has one of lowest investment cost and the lowest emissions which was 61% lower than the reference design and 19% lower than design 1. With higher carbon costs option 5 is the cheapest, otherwise it is relatively similar to the other options. Hence, Design 2 is the system that is suggested to use for the building. / Byggnadssektorn står för nästan en tredjedel av den globala energianvändningen och har därför stor potential till energibesparing. Eftersom en stor del av energimixen består av olja, kol och naturgas är det viktigt att sträva mot att introducera mer hållbara energikällor. För ett energisystem är det vanligt att använda sig av mer än en energikälla för att öka effektiviteten. Med ökad effektivitet i kombination med förnyelsebara energikällor kan den totala energikonsumtionen, samt utsläppen, minska.   Målet var att designa ett energisystem med fler än en energikälla och låga utsläpp för ett höghus i Tyskland. För att göra det konstruerades en förenklad design, också kallad option 1, som användes som en referensdesign samt två andra designer, kallade design 1 och design 2, med olika energikällor. Designförslagen togs fram i samarbete med Transsolar. Design 1 använder sig av en kompressionskylmaskin och har tre olika varianter, option 2, 3 och 4, som gjordes för att utvärdera för- och nackdelar med en stor kallvattentank för energilagring och för att bestämma storleken på kompressionskylmaskinen. Design 2, option 5, använder sig av en absorptionskylmaskin och skapades för att undersöka möjligheten att använda sig av fjärrvärme. Simuleringar gjordes för design 1 och 2 med hjälp av simuleringsverktyget TRNSYS där resultatet presenterades i grafer. Värdena tagna från simuleringarna användes till att beräkna utsläpp, investeringskostnad och nuvärdet för den totala kostnaden över 40 år. Nuvärdet beräknades utan att ta emissionskostnader i åtanke, med en lägre emissionskostnad samt med högre emissionskostnad. Resultatet utvärderades och jämfördes för att kunna framföra ett förslag om vilket av alternativet som passar byggnaden bäst.   Resultatet från design 1, som har en naturgaspanna för att försörja toppvärmebehovet och en kompressionskylare för kylbehovet, visar att kompressionskylaren uppnår en högre kapacitet jdän den installerade kapacitet under sommaren och lägre kapacitet under vintern. För varianten med en större kallvattentank kunde kylarmaskinens kapacitet bestämmas till 175 kW medan den behövde en kapacitet på 410 kW för varianten med en liten kallvattentank. Vid jämförelse av de två varianterna visas att kostnaderna minskades för alternativet med kallvattentanken eftersom den krävde en lägre kapacitet för kompressionskylaren. Däremot visades det att utsläppen minskar vid användning av en större kylmaskin eftersom det minskar värmebehovet från gaspannan eftersom kylaren kyler och värmer parallellt när den är i drift. Den tredje varianten som både använder en stor kallvattentank samt en överdimensionerad kylare på 340 kW skapades för att minska gasanvändningen. Alternativet med en kylare på 175 kW behövde att 15% av värmebehovet kom från gaspannan, medan kylaren på 340 kW behövde att 3% av värmebehovet kom från gaspannan. Reduceringen av gasanvändningen sänkte utsläppen från 52 ton CO2-ekv./år till 41 ton CO2-ekv./år, med en jämförbar kostnad över tid med ingen eller låg emissionskostnad och lägre kostnad över tid med hög emissionskostnad. Alternativet med en stor kallvattentank och överdimensionerad kompressionskylare är därför det mest passande alternativet av design 1 eftersom den har lägst utsläpp medan den är ekonomiskt försvarbar.   Design 2 har en av de lägsta investeringskostnaderna och har lägst utsläpp som är 61% lägre än referensdesignen och 19% lägre än design 1. Med högre emissionskostnader är design 2 billigast, annars har den jämförbara kostnader. Därmed föreslås att byggnaden ska använda design 2.

Denna studie undersöker absorptionstekniken i syfte att ta reda på förutsättningarna för absorptionskyla i Härnösand. En investeringskalkyl har genomförts för att bedöma lönsamheten. I huvudsak har en litteraturstudie genomförts och för investeringskalkylen har nuvärdesmetoden använts samt att produktspecifikationer har efterfrågats från de största leverantörerna i världen. Resultatet visar att det finns två typer av kommersialiserade absorptionskylmaskiner på marknaden, varav den ena är tillämpbar för decentraliserad kylproduktion i fjärrvärmenät vid temperaturer kring 75 °C, och den andra för högre temperaturer kring 120-150 °C och lämpar sig därmed inte för decentraliserad kylproduktion. Det forskas och utvecklas kring andra mer avancerade tekniker och investeringskalkylen visar att en investering är lönsam beroende på storleken på absorptionskylmaskinen och försäljningspriset på kylan som levereras till kunden. Slutsatsen är att säljargument och en motivering måste tas fram varför kunden ska välja att få sin kyla levererad via en absorptionskylmaskin istället för en kompressorkylmaskin. / This study examines the absorption cooling technology in order to find the prerequisites of absorption cooling in Härnösand. An investment appraisal has been completed to ensure profitability. Mainly, a literature review has been conducted and the net present value decision rule has been used for the investment appraisal and product specifications have been requested from the main global suppliers. The result shows that there are essentially two absorption chillers commercialized in the market, one of which is applicable for decentralized cooling production in a district heating network at temperatures around 75 °C, and the second which is applicable for temperatures in the range of 120-150 °C and thus not suitable for decentralized cooling production. Research and development for more advanced techniques is ongoing and the investment appraisal shows that the profitability is depending on the size of the chiller unit and the selling price for the cooling energy. The conclusion is that a sale proposal and a motivation are needed on why the customer should choose to have their cooling delivered from an absorption chiller instead of a compressor chiller.

A preocupação energética tem impulsionado a humanidade a buscar alternativas sustentáveis de energia. Neste contexto, os edifícios de escritórios têm um papel importante, em especial, devido ao elevado consumo de energia dos sistemas de condicionamento de ar. Para esses sistemas, a possibilidade de utilização de energia solar é uma alternativa tecnicamente possível e interessante de ser considerada, principalmente porque, quando a carga térmica do edifício é mais elevada, a radiação solar também é mais elevada. Dentre os sistemas de condicionamento de ar solar, o sistema térmico - que associa coletores solares térmicos com chiller de absorção - é o mais disseminado, na atualidade. Entretanto, dependendo do caso, outras tecnologias podem ser vantajosas. Uma opção, por exemplo, no caso de edifícios de escritórios, é o sistema elétrico - que associa painéis fotovoltaicos ao chiller convencional de compressão de vapor. Neste trabalho, para um edifício de escritórios de 20 pavimentos e 1000 m2 por pavimento, na cidade de São Paulo, no Brasil, duas alternativas de ar condicionado solar tiveram seus desempenhos energéticos analisados: o sistema térmico - com coletores solares térmicos somente na cobertura e o sistema elétrico - com painéis FV somente nas superfícies opacas das fachadas. Para isso, com o software EnergyPlus do Departamento de Energia dos Estados Unidos obteve-se as carga térmica atuantes no edifício e com a aplicação do método de cálculo de consumo de energia dos sistemas de ar condicionado solar, proposto pelo Projeto SOLAIR da União Européia, adaptado para a realidade da pesquisa, obteve-se o desempenho energético dos sistemas. Os resultados mostraram que, para o edifício de 20 pavimentos, o sistema elétrico tem o melhor desempenho energético, economizando 28% e 71% da energia elétrica que consumiria um sistema de ar condicionado convencional, em um dia de verão e de inverno, respectivamente. O sistema térmico, ao contrário, apresentou um desempenho energético ruim para o edifício estudado, consumindo, por exemplo, em um dia de verão, cerca de 4 vezes mais energia elétrica do que um sistema de ar condicionado convencional. Constatouse que isso ocorreu, pois a área coletora limitada à cobertura foi insuficiente para atender a demanda do chiller de absorção, que passou a operar com frações solares baixas, da ordem de 50% e 20%, de pico, no dia de inverno e de verão, respectivamente. Assim, constatou-se que para que o sistema térmico apresente um desempenho energético satisfatório é preciso que o edifício não seja tão alto. De fato, os resultados mostraram que somente se o edifício tivesse no máximo 2 pavimentos, o sistema térmico teria um desempenho energético melhor do que um sistema convencional. No caso de ser aplicado ao edifício térreo de 1000m2 de área, por exemplo, esse sistema economizaria aproximadamente 65% da energia elétrica do sistema convencional. Por fim, constatou-se também que o desempenho energético do sistema térmico seria elevado com a otimização da área e da tecnologia de coletores solares, com o aprimoramento do sistema de aquecimento auxiliar e com a redução da carga térmica do edifício por meio de técnicas passivas de climatização. / Energy concern has driven human kind to seek sustainable energy alternatives. In this context, office buildings have an important role, especially due to the high energy consumption of air conditioning systems. For these systems, the possibility of using solar energy is technically feasible and interesting to be considered, mainly because generally when the building thermal load is higher, the solar radiation is also higher. Among solar airconditioning systems, the thermal system - which combines solar collectors with absorption chiller - is the most widespread, nowadays. However, depending on the case, other technologies may take advantage. One option, for example, in the case of office buildings, is the electrical system - which combines photovoltaic panels with conventional vapor compression chiller. In this work, an office building of 20 floors with 1,000 m2 floor area, in Sao Paulo, Brazil, two technologies of solar air conditioning had their performance analyzed: the thermal system - presenting solar thermal collectors only on the roof and the electrical system with PV panels only on the opaque surfaces of the facades. For this, the software EnergyPlus of the United States Department of Energy obtained the building thermal load and the with the solar air conditioning energy consumption calculating method proposed by SOLAIR project of the European Union and adapted to this work, energy performance of systems was obtained. The results showed that for this building, the electrical system had the best energy performance, saving 28% and 71% of electricity that would consume a conventional air conditioning system in a summer day and a winter day, respectively. The thermal system, in contrast, showed a poor energy performance, consuming, for example, on a summer day, about four times more electricity than a conventional air conditioning system. It was found that this occurred because the collectors area limited to the roof of the building was insufficient to meet the absorption chiller demand, causing low solar fractions in the operation, of around 50% and 20% peak, in a winter day and in a summer day, respectively. Thus, in order of provide a satisfactory energy performance, the thermal system requires that the building not to be so tall. In fact, the results showed that only if the building had up to two floors, the system would perform better than a conventional system. In case of be installed in a building with the ground floor only, and floor area of 1000m2, for example, this system would save about 65% of the electricity comparing to a conventional system. Finally, it was found that this energy performance would be elevated as well with the optimization of solar collectors area and technology, with auxiliary heating system improvement and with the reduction of thermal load of the building by means of passive air conditioning techniques.

This thesis contributes to the knowledge and the characterization of scroll machines and their systems. It is based on experimental and modeling works carried out on: a) A hermetic scroll compressor used inside an air-cooled water chiller. b) An oil-free open-drive scroll expander integrated into an Organic Rankine Cycle (ORC) power system. c) Open-drive scroll compressor and expander used in a Liquid Flooded Ericsson Cycle Cooler (LFEC). Such a system uses the liquid flooding of the compressor and of the expander to approach isothermal compression and expansion processes. New semi-empirical models of the scroll compressor and expander were proposed and existing models improved. A deterministic model of the scroll expander was established. The model associates a geometrical description of the machine with a thermodynamic description of the expansion process. This model was validated for the two expanders investigated experimentally. The model validation revealed that the performance of the expanders is mainly affected by the supply pressure drop and by the internal leakages. Using the validated model, parametric studies were carried out to investigate the variation of the performance of both expanders with modification of their design and with the operating parameters. The thesis also investigated the scroll machines from the point of view of their integration into thermal systems. A first experimental investigation was carried out on an air-cooled chiller. The scroll compressor semi-empirical model, with its parameters identified on the basis of published manufacturer data, was used as a refrigerant flow meter. The analysis of the experimental data allowed a better understanding of the chiller operation and a better identification of its model parameters (such as the fan and the hot gas bypass control models). A second experimental investigation was carried out on an ORC power system, working with R123. In order to select the most appropriate fluid, the performances achieved with four different fluids were compared by simulation. The experimental study confirmed that the scroll expander is a good candidate for an ORC system: the tested prototype presented a good performance (the maximum global isentropic effectiveness achieved was 68%). Using an ORC simulation model, parametric studies were carried out to investigate the effects of the expander characteristics and operating conditions on the cycle performance. The latter is mainly affected by the expander internal leakage and by the liquid subcooling at the condenser exhaust. A third experimental investigation was performed on a LFEC working with nitrogen as refrigerant and alkyl-benzene oil as flooding liquid. Experimental data was used to identify the parameters of the scroll compressor and expander semi-empirical models. Parametric studies were performed to identify the different factors affecting their performance. One of the undesirable features of the machines is the increase of the supply and exhaust pressure drops with the increase of oil quantity.

A preocupação energética tem impulsionado a humanidade a buscar alternativas sustentáveis de energia. Neste contexto, os edifícios de escritórios têm um papel importante, em especial, devido ao elevado consumo de energia dos sistemas de condicionamento de ar. Para esses sistemas, a possibilidade de utilização de energia solar é uma alternativa tecnicamente possível e interessante de ser considerada, principalmente porque, quando a carga térmica do edifício é mais elevada, a radiação solar também é mais elevada. Dentre os sistemas de condicionamento de ar solar, o sistema térmico - que associa coletores solares térmicos com chiller de absorção - é o mais disseminado, na atualidade. Entretanto, dependendo do caso, outras tecnologias podem ser vantajosas. Uma opção, por exemplo, no caso de edifícios de escritórios, é o sistema elétrico - que associa painéis fotovoltaicos ao chiller convencional de compressão de vapor. Neste trabalho, para um edifício de escritórios de 20 pavimentos e 1000 m2 por pavimento, na cidade de São Paulo, no Brasil, duas alternativas de ar condicionado solar tiveram seus desempenhos energéticos analisados: o sistema térmico - com coletores solares térmicos somente na cobertura e o sistema elétrico - com painéis FV somente nas superfícies opacas das fachadas. Para isso, com o software EnergyPlus do Departamento de Energia dos Estados Unidos obteve-se as carga térmica atuantes no edifício e com a aplicação do método de cálculo de consumo de energia dos sistemas de ar condicionado solar, proposto pelo Projeto SOLAIR da União Européia, adaptado para a realidade da pesquisa, obteve-se o desempenho energético dos sistemas. Os resultados mostraram que, para o edifício de 20 pavimentos, o sistema elétrico tem o melhor desempenho energético, economizando 28% e 71% da energia elétrica que consumiria um sistema de ar condicionado convencional, em um dia de verão e de inverno, respectivamente. O sistema térmico, ao contrário, apresentou um desempenho energético ruim para o edifício estudado, consumindo, por exemplo, em um dia de verão, cerca de 4 vezes mais energia elétrica do que um sistema de ar condicionado convencional. Constatouse que isso ocorreu, pois a área coletora limitada à cobertura foi insuficiente para atender a demanda do chiller de absorção, que passou a operar com frações solares baixas, da ordem de 50% e 20%, de pico, no dia de inverno e de verão, respectivamente. Assim, constatou-se que para que o sistema térmico apresente um desempenho energético satisfatório é preciso que o edifício não seja tão alto. De fato, os resultados mostraram que somente se o edifício tivesse no máximo 2 pavimentos, o sistema térmico teria um desempenho energético melhor do que um sistema convencional. No caso de ser aplicado ao edifício térreo de 1000m2 de área, por exemplo, esse sistema economizaria aproximadamente 65% da energia elétrica do sistema convencional. Por fim, constatou-se também que o desempenho energético do sistema térmico seria elevado com a otimização da área e da tecnologia de coletores solares, com o aprimoramento do sistema de aquecimento auxiliar e com a redução da carga térmica do edifício por meio de técnicas passivas de climatização. / Energy concern has driven human kind to seek sustainable energy alternatives. In this context, office buildings have an important role, especially due to the high energy consumption of air conditioning systems. For these systems, the possibility of using solar energy is technically feasible and interesting to be considered, mainly because generally when the building thermal load is higher, the solar radiation is also higher. Among solar airconditioning systems, the thermal system - which combines solar collectors with absorption chiller - is the most widespread, nowadays. However, depending on the case, other technologies may take advantage. One option, for example, in the case of office buildings, is the electrical system - which combines photovoltaic panels with conventional vapor compression chiller. In this work, an office building of 20 floors with 1,000 m2 floor area, in Sao Paulo, Brazil, two technologies of solar air conditioning had their performance analyzed: the thermal system - presenting solar thermal collectors only on the roof and the electrical system with PV panels only on the opaque surfaces of the facades. For this, the software EnergyPlus of the United States Department of Energy obtained the building thermal load and the with the solar air conditioning energy consumption calculating method proposed by SOLAIR project of the European Union and adapted to this work, energy performance of systems was obtained. The results showed that for this building, the electrical system had the best energy performance, saving 28% and 71% of electricity that would consume a conventional air conditioning system in a summer day and a winter day, respectively. The thermal system, in contrast, showed a poor energy performance, consuming, for example, on a summer day, about four times more electricity than a conventional air conditioning system. It was found that this occurred because the collectors area limited to the roof of the building was insufficient to meet the absorption chiller demand, causing low solar fractions in the operation, of around 50% and 20% peak, in a winter day and in a summer day, respectively. Thus, in order of provide a satisfactory energy performance, the thermal system requires that the building not to be so tall. In fact, the results showed that only if the building had up to two floors, the system would perform better than a conventional system. In case of be installed in a building with the ground floor only, and floor area of 1000m2, for example, this system would save about 65% of the electricity comparing to a conventional system. Finally, it was found that this energy performance would be elevated as well with the optimization of solar collectors area and technology, with auxiliary heating system improvement and with the reduction of thermal load of the building by means of passive air conditioning techniques.

Orientador: Paulo Henrique de Mello Sant'Ana / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Energia, 2017. / O mundo contemporâneo tem intensificado esforços para responder e solucionar problemas, que embora identificados no passado, tem se tornado objeto de crescente preocupação para a humanidade. As preocupações cada vez maiores com o aquecimento global e a tendência do aumento da posse de sistemas elétricos para a climatização ambiental fazem com que a utilização de energia limpa para alimentar estes sistemas seja cada vez mais considerada como forma de contribuir para uma sociedade mais sustentável. Para isso a presente tese, diante de uma proposta interdisciplinar, descreve qual é a influência da energia termo solar no planejamento de instalações de chillers solares residenciais no Brasil. A abordagem teórica deste trabalho possibilitou estudar a energia termo solar de maneira isolada na forma de níveis de potenciais. Os resultados obtidos mostram a existência de uso de potenciais de energia termo solar no Brasil, principalmente nas regiões que compõe o cinturão solar. O custo nivelado de geração de energia termo solar obtido é suficientemente competitivo com as tarifas de eletricidade. Vários elementos apresentados no decorrer da tese são inseríveis no Fluxo das Soluções no Modelo de Kingdon e considerados no processo de formulação de políticas públicas. / The contemporary world has intensified its efforts to respond to and solve problems, which, although identified in the past, have become an object of increasing concern to humanity. The growing concern about global warming and the trend of increasing the possession of electrical systems for environmental air conditioning means that the use of clean energy to feed these systems is increasingly considered as contributing to a more sustainable society. For this, the present thesis, in view of an interdisciplinary proposal, describes what is the influence of solar thermal energy in the planning of residential solar chillers installations in Brazil. The theoretical approach of this work made it possible to study solar thermal energy in an isolated manner in the form of potential levels. The results obtained show the existence of solar thermal energy potentials in Brazil, mainly in the regions that make up the solar belt. The leveled cost of generating solar thermal power is sufficiently competitive with electricity rates. Several elements presented in the course of the thesis are insertable in the Solution Flow in the Kingdon Model and considered in the process of public policy formulation.

Orientadores: Denilson Boschiero do Espirito Santo, Jorge Isaias Llagostera Beltran / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-16T21:06:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FloresArteaga_JohnathanAnthony_M.pdf: 7822119 bytes, checksum: 01186d0adc1c930e06ebf80d8d39fb47 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Dentre as alternativas de geração de energia, os sistemas de cogeração provaram ser uma boa opção para a produção de energia distribuída em locais de carga elétrica e térmica coincidente. Estas demandas podem variar numa ampla faixa, o que faz com que os sistemas de cogeração atinjam alto fator de utilização de energia (FUE) em horas de coincidência de alta demanda e baixo FUE em horas de baixa demanda. As demandas de energia local podem variar de acordo com a hora do dia, nível de atividade e condição climática, sendo estas comparadas com a energia da máquina térmica para avaliar as diferentes opções de capacidade e de configurações do sistema de cogeração. A simulação de sistemas térmicos é uma ferramenta poderosa para o desenvolvimento de projetos e análises adequadas de usinas de energia, ajudando os projetistas a avaliar várias possibilidades e, assim, tentar tornar técnica e economicamente viável os sistemas de cogeração. Este estudo apresenta a avaliação de um sistema de cogeração com um motor de combustão interna a gás natural utilizando as demandas gerais do HC-UNICAMP. Programas computacionais são utilizados para a avaliação do sistema de cogeração, onde parâmetros e relações termodinâmicas são estabelecidos para uma condição de projeto e de operação anual. A performance do sistema de cogeração para um ano de operação é analisada através de oito conjuntos de perfis de demanda, classificados nas quatro estações do ano e, nestas, em dias úteis e dias não úteis. A análise de energia do sistema de cogeração permite visualizar a economia de energia que se pode obter com esta tecnologia, enquanto a análise exergética dos componentes do sistema identifica em forma qualitativa e quantitativa que componente pode ser otimizado para melhorar o desempenho do sistema de cogeração / Abstract: Among the alternatives of power generation, the cogeneration system proved to be a good option for distributed power production in sites of coincident electrical and thermal loads. These can vary in a large range making cogeneration systems achieve high-energy utilization factor (EUF) at hours of coincident high demands and low EUF at hours of small coincident demands. The site energy demands may vary with the hour of the day, level of activity and weather conditions, being compared with the energy of the prime mover to evaluate the different options for capacity and configuration of the cogeneration system. The simulation of thermal systems is a powerful tool for the development of suitable projects and analysis of power plants, helping designers to evaluate various possibilities trying to turn technically and economically feasible the cogeneration system. This study presents the evaluation of a cogeneration system with an internal combustion engine powered by natural gas, using the general demands of the HC-UNICAMP. Computational programs are used for the evaluation of the cogeneration system, where thermodynamic parameters and relations are established for conditions of project and annual operation. The performance of the cogeneration system for one-year of operation is analyzed using eight demand profile sets, classified in the four weather seasons and in weekdays and weekends. The energy analysis visualizes the energy savings that can be achieved with this technology, while the exergy analysis of the components identifies qualitative and quantitative, which component could be optimized to improve the performance of the cogeneration system / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

<p>  </p> <p>Environmental challenges, increasing energy costs and demand, and upcoming regulations (e.g., new equipment performance ratings, phase-down of HFCs) are a few of the main drivers behind the research on advanced HVAC&R equipment. The HVAC&R systems are one of the largest energy consumers in both commercial and residential buildings and their operation is essential to ensure thermal comfort as well as other industrial needs. Within this context, large chillers provide chilled water to condition commercial buildings and the new generation of smart chillers feature variable speed compressors that enable active capacity modulation. In turn, variable speed operation along with other factors can contribute to performance degradation. Understanding mechanisms of degradation and developing models that enable predicting the decrease in performance with respect to the rated values are still open topics in the literature. </p> <p>The overarching goal of this research is to investigate the performance degradation of a water-cooled variable-speed screw chiller under long term operation and to gain insights on the behavior of the chiller under accelerated life testing. In particular, this thesis covers the initial task of designing an experimental test setup that enables performance testing according to the AHRI 550/590 standard. Once the experimental setup was commissioned, a set of four standard-conform baseline tests was conducted to map the rated performance of the chiller at both full and part-load conditions. After completing the baseline tests, an accelerated life test cycle procedure was developed and implemented in order to conduct 24/7 automated testing on the chiller. To this end, two test modes were established to simulate a real-life use of the chiller and induce high level of thermo-mechanical stresses on the compressor. Furthermore, eight recurring baseline tests were conducted to determine the performance behavior after 1000 operating hours. Finally, a preliminary system model was set up. This thesis describes the design of the system, the commissioning and control and provides insights on the performance testing as well as long-term testing methodology and the modeling work that was done so far. </p>

The aim of diploma thesis is a processing of climate data and design of chiller. Chiller is proposed to two options: air-cooled chiller and chiller with open cooling tower.