Alcançando a Conservação de Água e Energia "Ponto Ideal"

Atingindo o “Ponto Ideal” de Conservação de Água e Energia

Embora o foco na mudança climática tenha reduzido o consumo de energia, a atenção para a conservação da água está aumentando porque o abastecimento de água doce está diminuindo. No atual ritmo de consumo, essa situação só vai piorar. Em 2025, dois terços da população mundial podem enfrentar escassez de água, de acordo com o World Wildlife Fund [1]

Quando se trata de projeto de construção, no entanto, alcançar a conservação de energia e água pode ser um desafio. Em um prédio comercial médio, aproximadamente um terço do consumo médio de água pode ser rastreado até a operação dos sistemas de aquecimento, ventilação e ar condicionado, de acordo com Engineered Systems [2]. A geração de eletricidade requer água

para o resfriamento e o movimento e tratamento da água requerem energia. A solução ideal é aquela que leva em consideração o impacto ambiental total do consumo de água e energia.

Abordar a economia de energia e água em sua abordagem de sistemas de resfriamento pode ajudar a preparar sua organização para recursos reduzidos e as regulamentações de conservação de água que poderiam acompanhá-los.

O enigma

O malabarismo com o cumprimento simultâneo da conservação de água e energia - sem uma compreensão das opções disponíveis - pode deixar os engenheiros e operadores do prédio frustrados.

• Se você está mais preocupado com a conservação de energia - então os sistemas de resfriamento refrigerados a água parecem ideais para o seu edifício

• Se a conservação da água for mais crítica, os sistemas resfriados a ar se tornam a escolha óbvia

Como você otimiza a conservação de água e a conservação de energia ao mesmo tempo?

A solução ideal normalmente incorpora uma avaliação cuidadosa - e equilíbrio - das taxas e incentivos das concessionárias, requisitos de eficiência, suas condições climáticas locais e, em muitos casos, a combinação de geração de energia.

O armazenamento de energia térmica [3] pode reduzir a capacidade do chiller. Mudar a criação de resfriamento para períodos de temperaturas ambientes mais baixas pode compensar o consumo de energia e água na fonte. Uma avaliação adequada leva em consideração a melhoria da eficiência da geração de eletricidade do ciclo térmico à noite, menores perdas na distribuição e aumento da eficiência da rede usando recursos de energia renovável.

Dicas para identificar a melhor solução

Aqui estão algumas dicas importantes para ajudar a conduzir seu processo de tomada de decisão:

Verifique os incentivos disponíveis e as taxas de serviços públicos - Edifícios, códigos e taxas de serviços públicos podem incentivar uma forma de conservação em detrimento de outra. Na Califórnia, por exemplo, os códigos de construção do Título 24 [4] promovem mais eficiência energética ao restringir o uso de chillers refrigerados a ar para projetos acima de 300 toneladas. No entanto, existem várias exceções a essa limitação. Por exemplo, você pode exceder 300 toneladas de chiller resfriado a ar se combinado com armazenamento de energia térmica.  

• Em áreas atendidas por tarifas complexas de serviços públicos, o emparelhamento de sistemas de chiller resfriados a ar com armazenamento de energia térmica tem custos anuais semelhantes aos de um sistema resfriado a água de eficiência premium, mas não consome água / descarte / produtos químicos no local e pode reduzir 25% do consumo total de água .

Considere o uso da construção - A família média dos EUA usa 254 galões por dia. Quando se trata de data centers, no entanto, um relatório do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia dos EUA [5] descobriu que os data centers do país consumiram coletivamente 165 bilhões de galões de água em 2014, um número que eles esperam aumentar para 174 bilhões de galões em 2020. Como o custo da água continua aumentando com a demanda, a questão torna-se tanto econômica quanto sustentável.

Reúna e avalie outras métricas - O delicado equilíbrio do nexo energia-água que você gostaria de alcançar requer uma riqueza de dados para uma tomada de decisão informada:

• Considere o consumo de água do ponto de vista do edifício e da fonte de energia

• Avalie o consumo total de água de potenciais chillers resfriados a ar e água que você está considerando. Compare as taxas de evaporação no local (consumo por torre de resfriamento) e fonte (consumo na usina) fazendo o seguinte

  • Compare o compressor e o calor de rejeição de energia de sistemas de chiller resfriados a água e um chiller resfriado a ar

  • Determine o consumo de água da torre de resfriamento. Ignore as águas residuais que não são consumíveis, de acordo com o ASHRAE® Journal [6]

  • Calcule o fator de conversão chave para relacionar a geração média de energia do tipo termoelétrica às mudanças no abastecimento de água doce. Um processo detalhado no ASHRAE Journal de janeiro de 2019 [7]. Esse recurso representa uma ferramenta crítica para engenheiros.

• Faça uma análise do ciclo de vida. Na maioria dos casos, o resultado será que os chillers refrigerados a ar usam mais energia e menos água do que os refrigerados a água. No entanto, o custo total instalado do refrigerado a ar pode ser muito menor.

• Implementar estratégias de controles que possam ter mais agilidade devido às mudanças no uso de água e energia

• Desenvolva um plano de manutenção programada que pode, em muitos casos, estender a vida útil do equipamento e ajudar a garantir que o sistema HVAC esteja funcionando de maneira ideal conforme os equipamentos, sensores, etc. envelhecem, ou se há mudanças na ocupação do prédio, taxas de serviços públicos

• Revise as taxas de eletricidade, oportunidades de aquisição de energia e avalie a oportunidade de reduzir a demanda ou deslocar a energia para períodos fora

• Reveja as necessidades de sua região geográfica se elas forem levadas em consideração no processo

• Considere o papel dos recursos de energia mais limpos com armazenamento de energia térmica para otimizar o impacto do uso de água e energia

Avalie diferentes soluções potenciais - O armazenamento térmico funciona bem com outros e pode ser combinado com uma variedade de recursos de energia alternativa. Faça parceria com um provedor de soluções que tenha as ferramentas de design e experiência para identificar o que melhor se adapta às suas necessidades:

• Uma vez que um sistema resfriado a ar pode usar 75% menos água do que um sistema resfriado a água, potencialmente oferecendo um retorno mais rápido, considere as opções de armazenamento térmico em combinação com um sistema resfriado a ar para manter os custos de energia baixos enquanto otimiza a conservação de água.

• Avalie o uso de energia solar com armazenamento de energia térmica e sistema de chiller resfriado a ar. A energia solar gerada no local pode alimentar um chiller resfriado a ar para criar resfriamento e carregar o sistema de armazenamento de energia térmica. Quando o sol não está brilhando, o armazenamento é ativado.

• Avalie a adição de energia eólica para reduzir o consumo de água. As saídas de vento normalmente diminuem durante o dia, durante o horário de pico da demanda de energia, e aumentam quando o edifício não está operando. Carregar sistemas de armazenamento de energia térmica durante os períodos de maior energia eólica pode ajudar a reduzir o uso geral de energia.

• Não descarte os sistemas de resfriamento resfriados a água, no entanto. Eles podem ser combinados com armazenamento de energia térmica para melhorar a eficiência energética e aumentar a grande capacidade de resfriamento, criando uma pegada gerenciável e benefícios relacionados ao custo comparáveis ​​ao uso de chillers resfriados a ar.

Embora a conservação de energia seja importante e com razão, a paisagem está mudando hoje, literalmente, à medida que a conservação da água passa para o primeiro plano. Embora existam várias abordagens para a conservação de água, lidar com o resfriamento em edifícios representa um componente crítico. A consideração de fatores ambientais e de custo para a conservação de água e energia pode ajudá-lo a encontrar o "ponto ideal" do nexo água-energia. Trabalhar com especialistas em uma empresa de serviços de energia como a Trane® pode ajudá-lo a formular a melhor solução para sua organização.

[1] World Wildlife Fund, Water Scarcity Overview, https://www.worldwildlife.org/threats/water-scarcity, Overview

[2] Johnstone, Henry, P.E., Engineered Systems, May 2019, “The Energy Water Nexus and The Role of Air Conditioning,” p. 38

[3] Trane Commercial HVAC Website, Energy Storage System, https://www.trane.com/commercial/north-america/us/en/products-systems/equipment/thermal-energy-storage.html

[4] California Energy Commission, 2019 Building Energy Efficiency Standards for Residential and Nonresidential Buildings, https://ww2.energy.ca.gov/2018publications/CEC-400-2018-020/CEC-400-2018-020-CMF.pdf

[5], Arman Shehabi, Sarah Josephine Smith, Dale A Sartor, Richard E Brown, Magnus Herrlin, Jonathan G Koomey, Eric R Masanet, Nathaniel Horner, Inês Lima Azevedo, William Lintner United States Data Center Energy Usage Report, US Department of Energy’s Lawrence Berkeley National Laboratory 2016, https://eta.lbl.gov/publications/united-states-data-center-energy

[6] Poole, James, P.E., and Lessans, Mark, CEM, ASHRAE Journal, January 2019, “A Balanced System Approach to the Water-Energy Nexus,”  p. 24, http://www.calmac.com/stuff/contentmgr/files/0/3f7281f7de1967dd188efff85d69257a/pdf/a_balanced_system_approach_to_the_water___energy_nexus.pdf

[7] Poole, James, P.E., and Lessans, Mark, CEM, ASHRAE Journal, January 2019, “A Balanced System Approach to the Water-Energy Nexus,” p. 24, http://www.calmac.com/stuff/contentmgr/files/0/3f7281f7de1967dd188efff85d69257a/pdf/a_balanced_system_approach_to_the_water___energy_nexus.pdf