Amônia

O Electric Power Research Institute (EPRI), com sede nos EUA, descobriu que a substituição de um sistema de ar condicionado hidrônico tradicional por um resfriador de amônia (R717) de baixa carga e um circuito de convecção de CO2 (R744) pode reduzir custos, uso de energia e emissões de gases de efeito estufa.

A EPRI fez parceria com a empresa de serviços públicos Southern California Edison (SCE) e a fabricante japonesa de HVAC&R Mayekawa para desenvolver um protótipo e testar o conceito. Os resultados do estudo – "Desenvolvimento e Avaliação da Compressão de Vapor de Amônia Acoplada a um Circuito de Convecção de CO2" – foram apresentados por Ron Domitrovic, Gerente de Programa da EPRI na 14ª Conferência de Bombas de Calor da IEA em Chicago, de 15 a 18 de maio.

De acordo com o estudo, o conceito provou ser tecnicamente viável, tendo sido demonstrada com sucesso a "funcionalidade do sistema".

Impulsionada pelas crescentes restrições aos refrigerantes sintéticos, a pesquisa da EPRI se concentrou em como os refrigerantes naturais – particularmente amônia e CO2 – poderiam ser usados ​​em aplicações comerciais de ar condicionado.

"Estávamos procurando especificamente substituir os resfriadores que usam refrigerantes tradicionais e [sistemas de circuito de água] em grandes edifícios para ar-condicionado", explicou Domitrovic. "A ideia era imitar o que às vezes é feito em sistemas de supermercados, onde você pode ter um resfriador de amônia acoplado a um sistema de distribuição de CO2."

"A ideia era imitar o que às vezes é feito em sistemas de supermercados, onde você pode ter um resfriador de amônia acoplado a um sistema de distribuição de CO2."

Ele observou que, para uso nesta aplicação, a equipe do projeto estava procurando pressão elevada e temperaturas para o loop de CO2, pois esses sistemas geralmente são usados ​​para temperaturas muito mais baixas.

O protótipo do sistema de ar condicionado, que foi desenvolvido e testado no laboratório da EPRI em Knoxville, Tennessee, compreende um resfriador de amônia Mayekawa de 28kW (8TR) para compressão de vapor, um loop de convecção de CO2 e três unidades remotas de tratamento de ar (AHUs) internas.

De acordo com Domitrovic, o chiller pronto para uso foi adaptado com um trocador de calor para garantir a compatibilidade com o resfriamento de CO2 em vez de água.

Como o sistema é o primeiro de seu tipo, nem todos os componentes estavam prontamente disponíveis, explicou.

"Não havia válvulas de expansão apropriadas, então usamos válvulas de agulha", disse ele. “Também tínhamos confiança limitada na capacidade de bombear CO2 nessas condições, mas encontramos uma bomba [de baixa temperatura] que achamos também apropriada para temperaturas e pressões mais altas”.

Também foram feitas bobinas especiais para as AHUs para atender ar-condicionado com CO2, acrescentou.

Do ponto de vista da segurança, a baixa carga de refrigerante – menos de 130g de amônia por kW de capacidade de refrigeração (1 lb/TR) – combinada com o fato de o chiller ter sido instalado ao ar livre ajuda a limitar o risco de vazamento de amônia, disse Domitrovic.

O loop de CO2 opera a 31–38bar (450–550psi), e foram usadas técnicas para garantir que o sistema pudesse suportar pressões muito mais altas, acrescentou.

"É um sistema relativamente simples e relativamente fácil de instalar", disse Domitrovic.

Em comparação com um chiller tradicional e um sistema de circuito de água, o uso de um chiller à base de amônia e um circuito de convecção de CO2 oferece vários benefícios, disse Domitrovic durante sua apresentação. Os benefícios incluem custos reduzidos, maior eficiência, menor GWP e maior flexibilidade.

Potenciais economias de custos vêm de gastos reduzidos com tubulação, instalação e energia, todos possíveis graças à maior capacidade de calor do CO2 de mudança de fase em comparação com a água, explicou.

A redução dos requisitos de bombeamento resulta em uma redução de cinco vezes no uso de energia, acrescentou.

Embora a análise suponha pouca diferença entre um resfriador baseado em amônia ou HFC em termos de custo de capital por unidade de capacidade instalada, os pesquisadores disseram que a amônia de baixa carga oferece uma alternativa mais barata aos refrigerantes de alto GWP.

"O tamanho menor da tubulação necessária para a convecção de CO2 oferece potencial para economia de custos de material e instalação que pode ajudar a compensar qualquer prêmio de capital para este novo tipo de equipamento", disse a equipe de pesquisa.