Ruben Vos, especialista em rede de calor da Hysopt, discute a importância de investir em software digital gêmeo ao projetar redes de calor
A descarbonização do calor para atender às metas de carbono da UE é um grande desafio. Redes de aquecimento e aquecimento comunitário podem contribuir enormemente para a descarbonização econômica do calor em áreas urbanas. Para entregar a economia de carbono projetada e oferecer aquecimento acessível aos clientes, as redes de aquecimento que desenvolveremos nas próximas décadas precisam cumprir suas promessas. Infelizmente, precisamos admitir que muitas vezes há uma lacuna considerável entre o desempenho esperado e o real de uma rede de aquecimento. O software digital gêmeo pode ajudar a fechar essa lacuna de desempenho, prevendo com precisão o desempenho de uma rede de aquecimento antes de ser construída, desafiando o projetista a ir mais além.
O que é um gêmeo digital?
Um gêmeo digital é uma réplica virtual de algo físico – seja um ativo, produto ou sistema. Os gêmeos digitais permitem que designers e gerentes de construção “prevejam o futuro” de suas instalações – e tragam transparência para ajudar a responder a perguntas difíceis que poderiam depender de suposições ou regras práticas.
No caso de redes de aquecimento, um gêmeo digital pode fornecer aos projetistas e operadores de redes de aquecimento uma compreensão muito mais clara de como sua rede de aquecimento funcionará. Ou declarado de outra forma, tornará o desempenho de um projeto mensurável antes de ser construído.
O que há de errado com a abordagem tradicional do projeto de HVAC?
As abordagens tradicionais para projetos de rede de calor tendem a se basear apenas em cálculos de pico de carga. No entanto, por mais de 99% do ano, as instalações não operam nessas condições de “carga total”. É aqui que um gêmeo digital HVAC traz valor real. Ao aplicar perfis de carga térmica, dados meteorológicos e estratégias de controle, o modelo digital tem a capacidade de simular dinamicamente o comportamento do sistema sob condições de “carga parcial” continuamente variáveis - junto com os impactos que têm sobre os custos, emissões de carbono e níveis de conforto.
Concentrar-se na condição de pico de carga em combinação com um projeto de sistema pobre, com base em suposições e regras práticas, leva a uma rede de calor que, em última análise:
- Custa muito para instalar;
- Custa muito para funcionar;
- Não entregue a economia de carbono esperada;
- Falha em fornecer conforto térmico adequado.
Não vamos nos contentar com boas práticas
Os padrões da indústria que descrevem boas práticas estão desempenhando um papel importante no aumento da qualidade das redes de calor. A boa prática atual, no entanto, ainda depende de ferramentas de projeto estático para projetar uma rede de calor que é incapaz de desbloquear o desempenho real que uma rede de calor pode oferecer. Para ilustrar por que não devemos nos contentar com boas práticas, construímos 2 modelos no software Hysopt. Cada modelo é um gêmeo digital de uma pequena rede de calor que fornece aquecimento e água quente para blocos de apartamentos, alimentados por um centro de energia com bombas de calor de fonte de ar e caldeiras de gás de reposição. Ambos os modelos são equipados com o mesmo HIU, os mesmos radiadores 55/35 ° C, as mesmas programações de aquecimento nos termostatos e os mesmos perfis de água quente. A única diferença é a forma como a rede de aquecimento é projetada. Um dos modelos é projetado como uma chamada “rede 60/40” de acordo com os padrões da indústria e com ferramentas de design estático tradicionais. O outro modelo é otimizado com o software Hysopt, usando insights sobre o comportamento dinâmico.
As ferramentas de projeto tradicionais, como não realizam cálculos térmicos e hidráulicos detalhados, tendem a superdimensionar as redes de calor. Neste exemplo, o design otimizado com o software Hysopt resultaria em uma economia de CAPEX de cerca de 2.000 € / apartamento.
Como os gráficos na Figura 1 indicam, o design otimizado fornecerá temperaturas operacionais mais baixas. Em combinação com tubos menores e uma estratégia aprimorada de manter aquecido, as perdas na distribuição caíram 59%. O consumo da bomba diminuiu 53% e o COP da bomba de calor aumentou de 3 para 3,4. No geral, isso levou a uma economia de custo de energia de 29% e uma economia de carbono de 39%. Ao longo de 25 anos de vida, foi obtida uma economia de custo do ciclo de vida de 3.200 € / apartamento.
Conclusão
Embora as redes de aquecimento possam contribuir significativamente para a descarbonização econômica do calor, elas nem sempre cumprem suas promessas e, portanto, não realizam a economia de energia e carbono prevista. Seguindo as boas práticas, um projetista de rede de calor pode fornecer desempenho respeitável. A boa prática, no entanto, ainda depende de ferramentas de projeto estático para projetar uma rede de calor que é incapaz de desbloquear o desempenho real que uma rede de calor pode oferecer. Um projeto térmico e hidráulico e uma ferramenta de simulação como o Hysopt poderia capitalizar todos esses ganhos marginais. No nosso exemplo, isso poderia resultar em uma economia de 3.200 € / apartamento no custo do ciclo de vida de uma rede comunitária em comparação com um projeto de boas práticas. Em termos de preencher a lacuna entre uma rede de calor com tecnologias de baixo carbono e o contrafactual (muitas vezes considerada como caldeiras a gás individuais), isso certamente terá um impacto significativo e será muito bem-vindo pelos operadores de rede de calor e clientes.
Observação: este é um perfil comercial
