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Informações sobre Tecnologias/Equipamentos de Ar Condicionado Residencial com Refrigerantes de Baixo GWP Síntese dos Relatórios do UNEP-TEAP e outras Instituições envolvidas na Implementação de Alternativas aos HCFCs e HFCs de Alto GWP

Roberto A. Peixoto Novembro 2019


CONTEÚDO  Visão geral da Emenda de Kigali  Opções de refrigerantes para setor de ar condicionado

 Disponibilidade de componentes

 Questões relacionadas com a eficiência energética  Alternativas para unidades existentes

 Observações Finais Disclaimer: As opiniões expressas são do autor e não representam as do TEAP ou do RTOC.


Antecedentes

 CFC, HCFC são gases de efeito de estufa de alto GWP

 O Protocolo de Montreal teve uma enorme contribuição para a proteção do clima

 Cinco vezes a meta de redução anual do Protocolo de Quioto para o período 2008–2012


Antecedentes  O benefício climático poderia ser reduzido ou totalmente perdido no futuro se as emissões de alguns HFCs continuarem a aumentar

 Partes do Protocolo de Montreal iniciaram discussões sobre uma emenda para adicionar HFCs e cronogramas de controle ao Protocolo de Montreal em 2009

 Razão: Os HFCs foram desenvolvidos e promovidos como resultado das medidas de controle do Protocolo de Montreal


O que é a Emenda de Kigali?  Modificação do Protocolo de Montreal para reduzir o consumo de hidrofluorcarbonetos (HFC).

 HFCs tornaram-se substâncias controladas sob o Protocolo de Montreal. Listados agora no Anexo F.

 Acordado em Kigali, Ruanda, em outubro de 2016.  Cronogramas de controle de HFC adotados para países em desenvolvimento e desenvolvidos (partes)

 Entrou em vigor em 1 de janeiro de 2019.  Em 28 de fevereiro de 2019, foi ratificada por 69 países (presentemente 81)


Emenda de Kigali HFCs (Group I) Substance GWP value (100 year) HFC-134 1100 HFC-134a 1430 HFC-143 353 HFC-245fa 1030 HFC-365mfc 794 HFC-227ea 3220 HFC-236cb 1340 HFC-236ea 1370 HFC-236fa 9810 HFC-245ca 693 HFC-43-10mee 1640 HFC-32 675 HFC-125 3500 HFC-143a 4470 HFC-41 92 HFC-152 53 HFC-152a 124 HFCs (Group II) HFC-23 14 800

HCFCs Substance GWP value (100 year) HCFC-21 151 HCFC-22 1810 HCFC-123 77 HCFC-124 609 HCFC-141b 725 HCFC-142b 2310 HCFC-225ca 122 HCFC-225cb 595 CFCs Substance CFC-11 CFC-12 CFC-113 CFC-114 CFC-115

GWP value (100 year) 4750 10 900 6130 10 000 7370


Non-Article 5 Parties do not have freeze in consumption; their first control measure is a 10%, or a 5% reduction.

calculation of baseline (see summary below) and have different initial phase-down steps from the other non-Article 5 Parties (i.e. the first two steps).

Emenda de Kigali

Several non-Article 5 Parties (Belarus, the Russian Federation, Kazakhstan, Tajikistan, and Uzbekistan) have a different formulation for the

The final phase-down dates are the same for all Non-Article 5 Parties (production and consumption).

Summary Non- Article 5 (Main Group)

Non- Article 5: Belarus, the Russian Federation, Kazakhstan, Tajikistan & Uzbekistan

2011, 2012 & 2013

2011, 2012 & 2013

Average production/consumption of HFCs in 2011, 2012 & 2013

Average production/consumption of HFCs in 2011, 2012 & 2013

plus 15% of HCFC baseline production/consumption

plus 25% of HCFC baseline production/consumption

Baseline Years Baseline Calculation

Reduction steps Step 1

2019

10%

2020

5%

Step 2

2024

40%

2025

35%

Step 3

2029

70%

2029

70%

Step 4

2034

80%

2034

80%

Step 5

2036

85%

2036

85%

Phase-down schedule

and thereafter


Emenda de Kigali  Isenção para países com alta temperatura ambiente  Para um sistema refrigerado a ar devido à alta temperatura

Capacity, Power, and efficiency

ambiente, a temperatura de condensação do refrigerante é relativamente próxima da temperatura crítica do refrigerante.

Efficiency

Capacity

Power

25 20 15 10

5 0

Ambient Temperature


Impacto Potencial na Escolha de Refrigerante  Incentiva aplicações que utilizam refrigerantes de baixo GWPe acelera a inovação para tecnologias RAC sustentáveis

 A questão chave para a implementação da emenda Kigali é a substituição de HFCs-alto GWP e do HCFC-22 por refrigerantes de baixo GWP


Refrigerantes – Uso histórico e tendências Sector

CFCs

Domestic Refrigeration Commercial Refrigeration (SA, CU, CS)

CFC-12 CFC-12 R-502

HCFCs

HCFC-22

HFCs Pure & Blends HFC-134a

HCs

CO2 Ammonia

Unsaturated HFCs (HFOs) Pure HFC-1234yf

Blends with Unsaturated HFCs (HFOs)

HC-600a

Ammonia

HFC-134a R-404A R-407A R-407F HFC-134a R-410A R-407C

HC-600a HC-290

CO2 Ammonia

HFC-1234yf HFC-1234ze(E)

R-450A, R-448A, R-444B, R-442A, R-455A, R-450A, R-513A, R-448A, R-449B,…

HC-290 HC-1270

CO2

HFC-1234yf

R-450A, R-448A, R-444B, R-455A, R-446A, R-447A, R-447B, R-448A, R-449A R-450A, R513A,… R-450A, “L-40”, R-444B, R-455A, R-446A, R-447A, R447B,R-450A, “XP-10”, R-448A, R449A,… R-450A, “L-40”, R-444B, R-455A, R-446A, R-447A, R-447B, R-450A, R-513A, R-448A, R-449A,… R-450A, “L-40”, R-444B, R-455A, R-446A, R-447A, R-447B, R-450A, R-513A, R-448A, R-449A,…

Transport Refrigeration

HCFC-22

Industrial refrigeration

HCFC-22

HCFC-22 HCFC-123

HC-1270 HC-290

Ammonia CO2

HFC-1234yf

Water heating heat pumps

HCFC-22

HCFO1233zd(E)

HC-290 HC600a

CO2 Ammonia

HFC-1234yf HFC-1234ze(E)

HFC-134a HFC32 R-410A R-407C HFC-134a R-404A R-410A R-407C HFC-134a R-410A R-407C

HC-290

CO2

HFC-1234yf

HC-290 HC1270

Ammonia CO2

HFC-1234yf HFC-1234ze(E) HFO1336mzz(Z) HFC-1234yf

Air Conditioners

CFC-12

HCFC-22

Chillers

CFC-12 CFC-11

HCFC-22 HCFC-123 HCFO1233zd(E)

Mobile Air Conditioner

CFC-12

CO2

Historical use Current use on a commercial-scale Potentially feasible or limited use, and for demonstration, trials, niche applications, etc

R-450A, R-513A,…

R-450A, “L-40”, R-444B, R-455A, R-446A, R-447A, R-447B, R-450A, R-513A, R-448A, R-449A,… R-450A, R-513A


Tipos de Unidades de Ar Condicionado


Tipos de Unidades de Ar Condicionado


VRF  Os sistemas de fluxo de refrigerante variável

(VRF) são uma subcategoria de sistemas de ar condicionado multi split sem dutos.

 Os sistemas VRF distinguem-se dos sistemas

multi-split regulares pela sua capacidade de modular o fluxo de refrigerante em resposta à demanda do sistema.


Produção Anual

Quantidade Instalada

17 milhões

200 milhões

75 milhões

1 bilhão

Multi-split (não-dutado e dutado)

1,2 milhão

7 milhões

Split (dutado)

12 milhões

150 milhões

Rooftop (packaged rooftop)

1 milhão

20 milhões

Tipo Janela Unidades compactas

Portátil

Condicionador de ar de parede Condicionador de ar de piso (packaged terminal, PTAC) Split (não-dutado)


Opções para Unidades Novas – HFCs de Alto GWP  Embora raramente seja uma alternativa econômica, HFC-134a tem sido usado amplamente em regiões que experimentam altas temperaturas ambientes

 Como o R-407C requer apenas modificações modestas nos sistemas existentes de HCFC-22, o R-407C foi utilizado em grande parte dos equipamentos de ar condicionado, na eliminação do HCFC-22 principalmente na Europa

 Devido às suas propriedades termofísicas, o design das unidades R-410A pode ser mais compacto do que as unidades de HCFC-22

 Emenda de Kigali: R-410A está se tornando uma alternativa menos viável para o HCFC-22 a longo prazo

 Atualmente continua a ser a primeira escolha para novos equipamentos de ar condicionado


Opções para Unidades Novas – HFC-32  O HFC-32 é visto como um substituto do R-410A devido ao seu GWP médio e capacidade e eficiência similar

 Devido à menor densidade, a carga de refrigerante específica (por kW de capacidade de resfriamento) é de cerca de 10-20% menos que o R-410A

 Sistemas R-410A podem ser reprojetados para o HFC-32 com modificações e com medidas de segurança adicionais dada sua inflamabilidade de classe 2L

 Os lubrificantes POE e PVE atuais usados ​com R-410A têm miscibilidade insuficiente com HFC-32. Desde então, os óleos compatíveis com melhores propriedades de miscibilidade foram desenvolvidos e patenteados


Opções para Unidades Novas – HFC-32  Em altas temperaturas ambientes, possui maior eficiência e capacidade em comparação com o R-410A, embora pior que o HCFC-22

 A temperatura de descarga pode ser de 5 K a 30 K maior que a do R-410A ou do HCFC-22.

 Estudos recentes de HFC-32 em sistemas VRF, o HFC-32 apresentou capacidade de refrigeração cerca de 10% maior e COP de resfriamento comparado ao R-410A

 Atualmente, os condicionadores de ar que usam HFC-32 são produzidos em vários países localizados na Ásia, Europa e África. Os produtos estão sendo comercializados na Austrália e no Oriente Médio, entre outros.


Opções para Unidades Novas – HFC-161  O HFC-161 também está sendo avaliado como substituto do HCFC-22 em sistemas de ar condicionado.

 Tem propriedades termodinâmicas semelhantes ao HCFC-22 e é inflamável e, portanto, os sistemas devem ser projetados, construídos e instalados de acordo

 Aa classificação de toxicidade ainda não foi atribuída sob as normas relevantes

 Comparando com HCFC-22: capacidade cerca de -5% e COP de cerca de + 5% a + 15% maior


Opções para Unidades Novas HFC-1234yf  Como o HFC-1234yf tem uma capacidade de refrigeração volumétrica relativamente baixa, é pouco provável que ele seja usado amplamente como substituto do HCFC-2.


Opções para Unidades Novas – R-744 (CO2)

 R-744 não é considerado uma alternativa geral  Há desenvolvimento nas unidades para fins específicos quando é necessário aquecimento e resfriamento

 Algumas empresas na Europa estão fabricando unidades split duct e rooftop com R-744

 Eficiência em temperaturas ambientes mais altas tende a ser reduzida

 Quando os sistemas são usados em temperaturas ambientes mais baixas, a eficiência pode ser competitiva com o HCFC-22 e refrigerantes similares


Opções para Unidades Novas HC-290  Sistemas com HC estão disponíveis comercialmente em aplicações com baixa carga, como mini-split, janela e unidades portáteis e mais recentemente em splits e roof-tops dutados.

 Quando utilizado para substituir o HCFC-22, HC-290 apresenta melhor eficiência energética e capacidade de resfriamento e de aquecimento ligeiramente inferior.

 Como o HC-290 tem menor densidade e maior calor latente, a quantidade de carga é de cerca de 45% do HCFC-22; tipicamente em torno de 0,05-0,15 kg/kW de capacidade de resfriamento.

 Redução nas temperaturas de descarga do compressor e melhor transferência de calor


Opções para Unidades Novas – HC-290  Inflamabilidade de classe 3, o que cria preocupações de segurança na aplicação, instalação e serviço de campo.  As tecnologias de redução de carga e seleção correta de óleo podem ser usadas para minimizar a quantidade de refrigerante, o que pode aumentar a faixa de capacidade  Avanços significativos na redução de carga através de redesenho e trocadores de calor micro-canais


HC-290 - Produção e vendas  Até agora, a produção e vendas de unidades de ar condicionado com HC-290 ainda é baixa em comparação com os volumes globais do mercado dessas unidades.

 A capacidade de fabricar unidades HC-290 está limitada à China e à Índia.

 Na Índia, o fabricante local Godrej está produzindo principalmente para o mercado doméstico - com aprox. 650.000 unidades vendidas até julho de 2019.

 Vários fabricantes chineses transformaram suas linhas de produção no passado, entre eles Midea, Haier, TCL, Gree, Hisense, Changhong, AUX e Yair.


HC-290 - China  A China já converteu 21 linhas de produção de equipamentos de ar condicionado para HC-290, com capacidade de produção de 4,5 milhões de unidades por ano.

 Três linhas de produção de compressores para condicionadores de ar também foram convertidas para HC290, com uma capacidade de produção de 5,4 milhões de compressores por ano.

 A China está no processo de conversão de 20 outras linhas de produção de condicionadores de ar e quatro outras linhas de produção de compressores para HC-290 como parte do segundo estágio do HPMP da China até 2020 (hydrocarbons21, 2019).


HC-290  Outros países, como por exemplo o Egito (8 linhas de produção), e Paquistão, etc. estão prestes a converter as linhas de produção nos seus planos HPMPs do Protocolo de Montreal.


Opções para Unidades Novas – HC-1270  O HC-1270 possui características favoráveis do ponto de vista das propriedades termodinâmicas e de transporte. É um refrigerante inflamável de classe 3. Seu desempenho foi avaliado, obtendo-se capacidade de refrigeração até 10% maior do que o HCFC-22 e COP até 4% maior


Segurança no uso de Refrigerantes Inflamáveis na Produção de AC Classificação de áreas perigosas

 As áreas perigosas são classificadas, conforme Diretiva 99/92/CE, pelo tipo de gás inflamável, vapor e/ou névoa presente.

 Zona 0 - alto risco: Área na qual uma atmosfera explosiva, consistindo de uma mistura de ar e substância inflamável na forma de gás, vapor ou névoa, está presente por longos períodos de tempo ou frequentemente.

 Zona 1- médio risco: Área na qual é provável que ocorra ocasionalmente a formação de uma atmosfera explosiva, consistindo de uma mistura de ar e substância inflamável na forma de gás, vapor ou névoa.

 Zona 2- baixo risco: Área na qual, durante a atividade normal, não ocorrerá a formação de uma atmosfera explosiva. Se isso ocorrer, por exemplo, devido a mau funcionamento ou dano, a duração será apenas por um curto período de tempo.


Análise de Riscos  Para identificar rapidamente áreas perigosas, é importante descobrir onde as substâncias são usadas. Geralmente, eles podem ser encontrados nas seguintes áreas da instalação:        

Armazenamento Área de bombeamento Tubulação

Dutos de ventilação Departamento de injeção Departamento de controle e teste Armazenamento do produto acabado Áreas de reparo

 Após a identificação das áreas perigosas, o risco de explosão deve ser avaliado.


Medidas de segurança contra explosões  Devem ser sempre tomadas medidas de segurança contra explosões se houver atmosferas explosivas e fontes de ignição presentes.

 As medidas podem ser de dois tipos: técnicas e organizacionais


Opções para Unidades Novas –Misturas

 Misturas novas emergentes para uso potencial em ar condicionadoincluem: R-444B, R-446A, R-447A, R447B, R-452B, R-454A, R-454B, R-455A, R-459A e R511A.  Têm características de pressão de vapor e capacidade de refrigeração volumétrica entre HCFC-22 e R-410A  São potencialmente viáveis para uso em muitos tipos de sistemas de ar condicionado  R-511A, é um refrigerante A3, todas outras misturas são 2L


Disponibilidade de Componentes e Fluidos de Baixo e Médio GWP Disponibilidade de refrigerantes

 Novos refrigerantes com classes de inflamabilidade A2L e A3 criam alguns desafios e exigem que os países estabeleçam regulamentos locais.

 O HFC-32 e o HC-290 podem ser obtidos de vários fornecedores em todo o mundo.

 A demanda por HC-290 tem sido mais ou menos estável e é coberta pela produção atual.

 O mesmo se aplica ao HFC-32, embora tenha havido um aumento na demanda ultimamente.

 A demanda por ambos os refrigerantes, no entanto, permanece pequena em comparação com o R-410A. A figura 5-1 apresenta dados estimados sobre o uso global de refrigerantes em ar condicionado


Estimativa de Uso Global de Refrigerantes em AC


Disponibilidade de compressores  Aproximadamente 30% dos compressores rotativos produzidos na China em 2017 foram projetados para operar com o refrigerante HCFC-22.

 A partir de 2018, o R-410A tornou-se o refrigerante usado na maior proporção de compressores rotativos produzidos na China. Compressores para refrigerantes de GWP médio e baixo (HFC-32 e HC-290) são produzidos, principalmente na China.

 Embora a quantidade de unidades de HCFC-22 tenha permanecido aproximadamente constante, nos últimos anos a porcentagem de unidades de HCFC-22 diminuiu, à medida que a produção de unidades usando o R410A aumentou para se tornar dominante em compressores rotativos produzidos na China.

 Na China, 42% dos 167 milhões de compressores rotativos produzidos em 2017 eram do tipo de velocidade variável. No início de 2012, eram apenas 30% dos 103 milhões. Nenhum dos modelos de compressor de velocidade variável identificados usa o HCFC-22.


Compressores - China 250

Rotary Compressors (Million Units)

Variable Speed 200 Fixed Speed 150 100 50 0 2012

2013

2014

2015

Year

2016

2017


Óleos lubrificantes do compressor

 Novos lubrificantes para compressores estão sendo desenvolvidos para serem compatíveis com refrigerantes sintéticos com baixo GWP. Certos óleos convencionais de poliéster (POE) e éter polivinílico (PVE) usados para refrigerantes HFC apresentam miscibilidade insuficiente com alguns refrigerantes.

 Lubrificantes para equipamentos de refrigeração eficientes é uma área importante de pesquisa e desenvolvimento na transição para o potencial de aquecimento global baixo (GWP) refrigerantes.

 As formulações de óleo lubrificante desenvolvidas para uso em compressores com gerações anteriores de HFCs eram incompatíveis com o HFC-32. Desde então, os óleos compatíveis com melhores propriedades de miscibilidade foram desenvolvidos e patenteados para uso em aparelhos de ar-condicionado.


Disponibilidade de trocadores de calor

 Na maioria dos casos, os trocadores de calor continuam sendo do tipo “aleta e tubo” feitos de cobre ou alumínio.

 Os diâmetros de tubos do trocador de calor mais comumente usados para refrigerantes HCFC-22 e R-410A são: 3/8 pol. (9,525 mm), ¼ pol. (6,35 mm) e 7 mm (~ 1/4 pol.).

 Mudança para usar trocadores de calor com diâmetro de tubo menor e microcanais, que já são usados em unidades split existentes.

 Algumas as empresas estão usando tubos de 5 mm de diâmetro. Redução da carga de refrigerante para os padrões de segurança. Contribuem também para maior eficiência energética do equipamento. Eles estão amplamente disponíveis.


Emenda de Kigali e EficiĂŞncia EnergĂŠtica de Equipamentos e Sistemas de Ar Condicionado


Por que EE é importante?  Impacto de RAC no aquecimento global  ~ 80-60% indireto: uso de eletricidade  ~ 20-40% direto: liberação de refrigerante

 Reduzir as emissões de GEE  Transição para refrigerantes de baixo GWP  Reduzir o consumo de energia  Aumentar a eficiência energética  Reduzir a carga de resfriamento  Melhorar a instalação, operação e manutenção Fuente: https://www.emsd.gov.hk/energyland/en/building/district_cooling_sys/dcs.html


Contexto atual  O consumo de energia para o setor RAC está aumentando significativamente, especialmente nos países em desenvolvimento.  crescimento populacional,  urbanização rápida/eletrificação,  maior uso de ar condicionado doméstico, comercial e automotivo.

 desenvolvimento de sistemas de refrigeração para cadeias de suprimento de alimentos, produtos farmacêuticos e vacinas


Sales of ACs worldwide have been growing steadily in recent years, with only a brief dip in the aftermath of the 2008 financial crisis. Between 1990 and 2016, annual sales of ACs nearly quadrupled to 135 million units. The bulk of the units sold are packaged and split-system ACs for residential and smaller commercial buildings, though the typical size of commercial ACs, including chillers, and their associated energy use are generally much larger. By the end of 2016, an Page estimated 1.6 billion ACs were in use (Table 1.1). Measured in terms of cooling output, 2 roughly 11 675 gigawatts (GW) of capacity was in use at the end of 2016, up from 4 000 GW in 1990 (Figure 1.3). Of total capacity, just over half was in the residential sector. Table 1.1 • Air-conditioning units and cooling capacity by country/region, 2016 Annual sales

Installed stock Million units

GW output capacity

Million units

GW output capacity

Res

Com

Total

Res

Com

Total

Res

Com

Total

Res

Com

Total

United States

241

132

374

2 295

2 430

4 726

16

8

24

314

129

443

European Union

43

53

97

192

654

847

9

3

12

34

41

75

Japan

116

33

148

407

352

759

9

2

11

47

14

61

Korea

30

29

59

129

220

348

2

2

4

19

15

34

Mexico

7

9

16

40

65

105

1

1

2

5

6

10

China

432

138

569

2 092

807

2 899

41

12

53

305

81

386

India

14

13

27

77

72

149

3

2

4

14

12

25

Indonesia

7

5

12

32

27

59

1

1

2

5

4

9

Brazil

14

14

27

59

68

127

1

0.3

1

5

1.4

6

South Africa

1

1

3

6

15

22

0.1

0.1

0.3

0.9

1.1

2.1

Middle East

30

18

47

147

153

299

4

2

6

29

16

45

1 093

529

1 622

6 181

5 491

11 673

94

40

135

848

359

1 207

World

Notes: Res = residential; Com = commercial; the data on air-conditioning capacity and units shown in this report, unless otherwise noted, include residential and commercial systems, including packaged and split units, chillers and other large space-cooling systems; district cooling and solar cooling applications are not included in these estimates; “China” = the People’s Republic of China.


Energy use for space cooling

42 36 30 24 18 12 6 0

Million units

Historical trends

Units per 1 000 people

70 60

50 Space cooling is the fastest-growing use of energy in buildings, both in hot and humid emerging economies where incomes are rising, and in the advanced industrialised economies where 40 consumer expectations of thermal comfort are still growing. Final energy use for space cooling30in residential and commercial buildings 5 worldwide more than tripled between 1990 and 201620to 2 020 terawatt hours (TWh) (Figure 1.8). The share of cooling in total energy use in buildings rose 10 from about 2.5% to 6% over the same period. For commercial buildings, the share reached 11.5% 0 inChina 2016, up from 6% in 1990. Cooling accounted for 18.5% of total electricity use in buildings, up United Japan European Middle India Korea Indonesia Brazil Mexico Rest of Union East world from 13%States in 1990. Residential sales Sales per 1 000 people Figure 1.8 • World energy consumption for space cooling in buildings

Key message • The market for residential ACs is dominated by China, the United States, Japan and the Share of total final energy TWh European Union, 2 100 but sales are rising strongly in other emerging economies, especially 7% in Asia.

Natural gas 800 Of the 1.61billion ACs in use throughout the world at the end of 2016, over 6% half were in just two 500 countries: 1China, which has 570 million units, and the United States, where 5% there are 375 million Electricity (Figure 1.6). 1 200Other countries with more than 20 million units include Japan, 4% with 150 million, Korea (60 million), Brazil and India (both nearly 30 million). The remaining ACs are mostly in the 900 3% Share50 of million European Union, where there are nearly 100 million units, and the Middle East (around 600 2% energy use units). Nearly 70% of all the ACs globally is in residential buildings. Household ownership in buildingsof ACs 300 1% varies enormously across countries, from around 4% in India and less than 10% in Europe, to over 0 90% in the United States and Japan, and close to 100% in a few Middle 0% Eastern countries. In 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 China, nearly 60% of households now have at least one AC (see Chapter 2).

Key message • Energy use for space cooling, almost entirely in the form of electricity, is expanding rapidly absolute terms andforasenergya share of overall energy use in buildings. Fonte: The Future in of Cooling Opportunities efficient air conditioning International Energy Agency – IEA

Figure 1.6 • Stock of ACs by country/region and type, end 2016

Pa


Figure 1.3 • mainly Worldwide stock and capacity of by sector and regions, reflecting differences in ACs climate, population and prosperity. The United States Million has the largest amount of installed AC capacity, around 50% of it units in the residential sector GW cooling output capacity 14 000 1 200 (Figure 1.4). In fact, 40% of all the installed cooling capacity in the world is in the United States. Commercial 000 share is declining as air conditioning takes off in other parts of the But 12 that world, capacity notably in 1 000 000 Asian10 countries. In 2016, sales of ACs in capacity terms were highest in the People’s Republic of 800 Residential China8 (hereafter, “China”), where they totalled nearly 390 GW (53 million units). Sales continue to 000 capacity 600 grow 6rapidly in the other main markets – especially India, Indonesia and the Middle East. In the 000 Residential United States, sales remain buoyant despite the already high level of market400 penetration 4 000 stock thanks to an2 000 upturn in construction in the hottest southern regions, growth in colder climate zones 200 Commercial (which can often have very hot summers) and replacements of older ACs. 0

0

stock

Figure 1.4 • Aggregate AC cooling output capacity and sales by country/region, 2016 Keyinstalled message • Sales of ACs, particularly to households, continue to grow briskly, pushing up the total GW (left axis) GW sales (right axis) stock of units and global cooling capacity.

2 500

625

750

125

Unsurprisingly, there are big differences in the size of the stock and sales of ACs across countries 100 500 600 and regions, mainly reflecting differences in climate, population and prosperity. The United States 75 1 has 500 the largest amount 375 450of installed AC capacity, around 50% of it in the residential sector 1.4). In fact,25040%300of all the installed cooling capacity in the world is in the United States. 50 1 (Figure 000 But that share is declining as air conditioning takes off in other parts of the world, notably in 25 500 125 150 Asian countries. In 2016, sales of ACs in capacity terms were highest in the People’s Republic of 0 where they totalled nearly 390 GW (53 million units). Sales continue 0 to 0 0 China (hereafter, “China”), European Japan Korea Middle India Brazil Mexico Indonesia Rest of United China grow States rapidly in the other main markets – especially East. In the Union EastIndia, Indonesia and the Middleworld United States, salesResidential remainstock buoyant despite the already of market Commercial stock Residentialhigh sales level Commercial sales penetration thanks tomessage an upturn in United construction in the hottestinstalled southern regions, growthcapacity in colder climate zones Key • ofThe Statesforhas theefficient largest coolingEnergy output Fonte: The Future Cooling Opportunities energyair conditioning AC International Agency – IEA in the world, but (which can higher often have very hot summers) and replacements of older ACs. sales are now in China. 2 000


There are big differences in the level of and trends in energy use for space cooling across countries and regions, mainly according to the underlying need for cooling and the level and pace of economic development. In absolute terms, the United States remains by far the world’s biggest market (Table 1.2). In fact, 328 million Americans consume more energy for cooling than the 4.4 billion people living in all of Africa, Latin America, the Middle East and Asia (excluding China), and just under all the electricity used for everything by the 1.2 billion people in Africa. Table 1.2 • World final energy consumption for space cooling in buildings by country/region TWh 1990

2000

2010

2016

% of total building final energy use in 2016

United States

339

448

588

616

10.6%

European Union

63

100

149

152

1.2%

Japan

48

100

119

107

9.5%

Korea

4

17

34

41

8.5%

Mexico

7

16

23

37

9.8%

China

7

45

243

450

9.3%

India

6

22

49

91

3.4%

Indonesia

2

6

14

25

3.0%

Brazil

10

19

26

32

7.7%

South Africa

4

6

6

8

2.8%

Middle East

26

49

97

129

9.3%

World

608

976

1 602

2 021

5.9%

Demand for energy for space cooling in the United States appears to have levelled off in recent years, mainly due to market saturation with improvements in energy efficiency largely offsetting the impact ofOpportunities populationforgrowth, migration to hotterInternational parts of the country Fonte: The Future of Cooling energy- efficient air conditioning Energy Agency and – IEArising outdoor temperatures. Demand over 2011-16 averaged 560 TWh per year, only 2.5% higher than over


Figure 2.4 • EERs of available residential ACs in selected countries/regions, 2018 EER (W/W) 8 7 6 5© OECD/IEA 2018 The Future of Cooling Opportunities for energy-efficient air conditioning 4 3 2 strategies or because they incorporate additional features), consumers may decide not to 1 purchase the more efficient equipment, even if the energy cost savings would ultimately make up 0 for the additional cost. ForKorea example, the most be twiceSouth as Singapore Australia upfront China Indonesia Brazil Japanefficient Unitedmodels Europein China MexicocanThailand States Africa expensive as the least efficient ones on the market, requiring more than ten years to pay back Typical available average available the higher upfront cost of the unit atMarket current electricity Minimum prices (IEA, 2017e). Best available Source: IEA Global Exchange on Cooling and national product registry information, www.iea.org/exchange/cooling/.

Figure 2.5 • Energy efficiency of available commercial ACs, 2018

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Key message • Global best available technology is typically twice as efficient as the market average and Efficiency (W/W)the impact of cooling demand on electricity grids during peak demand. would help reduce 12

A similar pattern is apparent in the commercial sector: significant variations within and across 10 countries, though the differences are largely due to the type of equipment and the size of the 8 cooling system. Large chillers and split ACs tend to be significantly more efficient compared to 6 rooftop and packaged units (Figure 2.5). 4

Several factors explain why AC efficiencies diverge so much across and within countries. 2 Consumer preferences are driven by a number of different concerns, including the upfront cost 0 of buying the equipment and the ofACrunning it. ACUnsurprisingly, Chillers Variable refrigerant Largecost packaged Large split Close control ACconsumers Packaged– be they flow multi-split terminal AC using it households or businesses – are less concerned about buying an efficient unit and Typical available Market average Minimum available Best available efficiently if electricity is subsidised, which is often the case in the emerging economies (IEA, Note: Efficiency ratio of output cooling tend capacityto to energy input at expensive a set peak temperature point.because of pricing 2017f). As therepresents most the efficient devices be more (in part Fonte: The Future of Cooling Opportunities for energy- efficient air conditioning International Energy Agency – IEA Source: IEA Global Exchange on Cooling and national product registry information, www.iea.org/exchange/cooling/.


Eficiência do equipamento  Os melhores equipamento atuais operam em torno de 50-60% da EE teórica máxima

 Nas próximas décadas, espera-se que a inovação tecnológica melhore o desempenho para aproximadamente 70-80% do limite teórico.

 Atualmente, indo além de 70-80% provou ser proibitivamente caro e muito difícil de alcançar em equipamentos comerciais.


Papel do Refrigerante  Futuro: provavelmente limitado a equipamentos de compressão a vapor com refrigerantes de baixo potencial de aquecimento global (GWP)

 Quando o equipamento RAC pode ser convertido para o uso de refrigerantes de baixo GWP, sem alterar significativamente o design, a tecnologia ou os componentes ("substituição direta ou quase imediata"), a escolha do refrigerante desempenha um papel no EE desse equipamento

 Neste caso, é possível uma melhora modesta no EE (da ordem de 10%), dependendo das propriedades termofísicas do refrigerante escolhido.

 O maior aumento na EE depende de componentes e projeto do equipamento


Eficiência do equipamento  A maior parte da melhoria potencial em eficiência energética virá do design geral do equipamento, e não do refrigerante usado.

 A grande parcela da melhoria na eficiência energética nos sistemas RACHP pode ser alcançada através da otimização e uso de componentes novos e avançados, particularmente compressor, trocador de calor e controles

 Essas grandes melhorias na eficiência energética vêm com a instalação de componentes e sistemas de controle avançados nos equipamentos.


Papel do Refrigerante  Uma análise termodinâmica fornece um ponto de partida útil, mas é essencial considerar o desempenho no "mundo real", baseado na maneira como o refrigerante interage com os vários componentes do sistema, em particular o compressor e os trocadores de calor.

 Isso pode ser ilustrado com a comparação do HCFC-22 e R-410A para uso em pequenos aparelhos de ar-condicionado. Uma análise termodinâmica mostra vantagens de eficiência para o HCFC-22, mas o equipamento mais eficiente atualmente disponível no mercado usa o R-410A.

 O equipamento moderno R-410A possui diversas inovações de eficiência não disponíveis no HCFC-22.

 Uma análise termodinâmica do HFC-32 mostra que ele possui uma vantagem de cerca de 5% em relação ao R-410A para pequenos aparelhos de ar condicionado de edifícios.

 HC-290 em equipamentos HCFC-22 mostrou que a melhoria da COP em 7% e redução da capacidade em 8% em comparação com o HCFC-22.

 Com a otimização, as alternativas do HCFC-22, podem igualar ou exceder o desempenho das unidades existentes do HCFC-22, com aumento de eficiência de até 10%.


Eficiência do equipamento - Instalação

 A instalação adequada do sistema de ar condicionado é um dos principais aspectos necessários para a operação econômica e eficiente do sistema.  Se um sistema for instalado incorretamente, independentemente da sua classificação, ele nunca funcionará da maneira como foi projetado e não terá a vida útil esperada.  Muitos estudos comprovaram que os aparelhos de ar condicionado instalados incorretamente reduzem sua capacidade e eficiência em mais de vinte por cento.


Disponibilidade de componentes e impacto na eficiência energética Melhoria potencial máxima

Custo incremental para a unidade RAC

principalmente usado para compressor for rotátivo

20% - 30%

20%

L

Disponibilidade muito limitada

10%

10% – 20%

S

L

Padrão

10%

10% – 20%

motores EC (comutado eletronicamente) dos ventiladores

S

S

Reduz energia, carga de calor

7% - 15%

15% - 25%

velocidade variável/fixada-

S

S

aplicável ao circuito ref

Disponível hoje?

Atualmente em uso?

Observações

alta eficiência

X

S

S

principalmente compressor rotativo

inverter*

X

S

S

compressão em dois estágios

X

S

Componente

Componentes necessários

Compressors

controladores de eficiência do motor Motors para ventiladores

Controlador


Dispositivos de Expansão válvulas de expansão eletrônica

X

S

L

Valv. Exp. Eletrônica e controlador

15% - 20%

15%

orifício fixo

X

S

L

RAC aquecimento

Eficiência menor

negativo

tubo capilar

X

S

S

TEV

modo aquecimento

negativo

condensador micro-canal

S

S

S

AL/AL

15%

negativo

evaporador micro-canal

N

N

N

tubulação de menor diâmetro para o condensador

X

S

L

Valv. Exp. Eletrônica e controlador

15% -20%

15%

tubulação de menor diâmetro para o evaporador

X

S

L

RAC aquecimento

Eficiência menor

negativo

tubo capilar

X

S

S

TEV

modo aquecimento

negativo

S

S

Padrão

S

Variador de velocidade ventilador do condensador

Trocadores de Calor apenas condensador

Custo menor comparado com o tubo aletado

Controles controladores de demanda redução de pressão de condensação

X

S

Padrão

2 – 3% / K

vários


Opções para Unidades Existentes  À medida que a eliminação progressiva de HCFCs ocorre em países A5, existe a necessidade de atender a população instalada de produtos até o final de suas vidas úteis. • Usar o refrigerante existente

Refrigerante atual

• Substituição de refrigerante • Retrofit (troca de refrigerante e componentes do sistema) • Conversão (para refrigerante inflamável)

“Drop-in” Equipamentos Existentes

“Retrofit” Conversão


Opções para Unidades Existentes  Existem vários refrigerantes atualmente para substituir o HCFC-22

   

na manutenção de unidades Combinam dois ou mais refrigerantes HFC com uma pequena quantidade de HC, adicionados à mistura para permitir que o refrigerante trabalhe com óleo mineral e alquilbenzeno “Drop-in”: R-417A, R-417B, R-422A, R-422B, R-422C, R-422D, R424A, R-425A, R- 428A, R-434A, R-438A e R-442A “Retrofit” : R-407A, R-407B, R-407C, R-407D, R-407E, R-421A, R421B e R-427A Conversão para refrigerantes inflamáveis HC, HC-290, HC-1270 puros e misturas, bem como HC-170 e R-E170 (por exemplo, R433A, R-433B, R-433C, R-441A e R-443A) tem sido em algumas regiões, geralmente em sistemas pequenos (como unidades de janela e splits)


Observações Finais  A Emenda Kigali reforçou o momento para aplicações que usam refrigerantes de baixo GWP e espera-se que acelere a inovação para tecnologias RAC sustentáveis.

 A redução do consumo dos HFCs é um desafio maior que a eliminação do consumo dos CFCs e dos HCFCs.

 Algumas tecnologias sem HFCs enfrentam barreiras devido a normas técnicas restritivas, em particular para refrigerantes inflamáveis.

 A fim de permitir transições para refrigerantes com baixo GWP inflamáveis, uma revisão dos limites de carga padrão atualmente utilizados está a caminho.


Observações Finais  A escolha de refrigerantes é muito provavelmente uma combinação de eficiência energética, custos e desempenho ambiental

Custo

 Incluindo aspectos de segurança associados à toxicidade do refrigerante e à inflamabilidade

Energía

Segurança

 As regulamentações regionais e nacionais orientarão muitos desenvolvimentos que ocorrerão

 A ênfase em equipamentos com eficiência energética melhorada (isto é, níveis mais baixos de consumo de energia) e refrigerantes com baixo GWP é muito mais significativa do que antes.

Ambiente


Fontes de Informação MONTREAL PROTOCOL MONTREAL PROTOCOL

MONTREAL PROTOCOL

ON SUBSTANCES THAT DEPLETE

ON SUBSTANCES THAT DEPLETE

THE OZONE LAYER

ON SUBSTANCES THAT DEPLETE THE OZONE LAYER

THE OZONE LAYER

REPORT OF THE TECHNOLOGY AND ECONOMIC ASSESSMENT PANEL

UNEP

SEPTEMBER 2019 VOLUME 3: DECISION XXX/5 TASK FORCE FINAL REPORT ON COST AND AVAILABILITY OF LOW-GWP TECHNOLOGIES/EQUIPMENT THAT

2018 REPORT OF THE REFRIGERATION, AIR CONDITIONING AND HEAT PUMPS TECHNICAL OPTIONS COMMITTEE

UNEP REPORT OF THE TECHNOLOGY AND ECONOMIC ASSESSMENT PANEL SEPTEMBER 2018 VOLUME 5

MAINTAIN/ENHANCE ENERGY EFFICIENCY

DECISION XXIX/10 TASK FORCE REPORT ON ISSUES RELATED TO ENERGY EFFICIENCY WHILE PHASING DOWN HYDROFLUOROCARBONS

UPDATED FINAL REPORT

2018 Assessment

1 2018 TOC Refrigeration, A/C and Heat Pumps Assessment Report

Relatórios disponível em: http://ozone.unep.org/new_site/en/assessment_panels_bodies.php?committee_id=6

56


Obrigado pela atenção robertopeixoto@maua.br

UNEP (RTOC)

Technical Options Committee Refrigeration, AC and Heat Pumps


Normas sobre segurança  EN 378 Norma Europea de seguridad para refrigerantes

 ASHRAE 15 Uso seguro de refrigerantes inflamables  DIN 8975 Uso seguro de refrigerantes inflamables

 IEC 60335-2-24 Uso seguro de refrigerantes inflamables: refrigeradores domésticos

 IEC60335-2-40 Uso seguro de refrigerantes inflamables: bombas de calor y aire acondicionado


Profile for Protocolo de Montreal - Brasil

1-Relatório TEAP - Roberto Peixoto  

1-Relatório TEAP - Roberto Peixoto  

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