Estudo do controle preditivo da termoacumulação de água gelada por meio de previsões de carga

Autor:
Amanda Fraga Krelling
Orientador:
Prof. Saulo Güths, Dr. ; Coorientador: Prof. Fernando Simon Westphal, Dr.
Resumo:

O armazenamento de energia térmica em edificações proporciona a flexibilização de demandas, permitindo o deslocamento total ou parcial do consumo para períodos mais propícios, sob o ponto de vista técnico e econômico. O desempenho otimizado desses sistemas requer a sua coordenação com eventos externos à edificação, como as tarifas energéticas e as condições climáticas. O presente estudo procurou analisar a operação de um termoacumulador de água gelada com carregamento realizado de forma proporcional às cargas térmicas futuras de resfriamento de uma edificação comercial. A variação da carga armazenada foi realizada por meio do ajuste diário da temperatura da água no tanque. Modelos de sistemas de climatização foram comparados aos modelos com termoacumulação e aos modelos preditivos, considerando sua aplicação às cidades brasileiras do Rio de Janeiro, Porto Alegre e Recife, todas simuladas por meio do software EnergyPlus. Em comparação com um sistema sem armazenamento de energia, o uso da termoacumulação provocou a redução de até 15% do custo anual de energia elétrica. O modelo preditivo, no entanto, teve o desempenho mascarado devido à baixa participação do processo de carregamento do tanque na proporção de usos finais de energia elétrica da edificação. Considerando a energia elétrica total, a redução anual do consumo foi de 0,80%, enquanto o custo foi reduzido em 0,54% na cidade do Rio de Janeiro, que apresentou as características climáticas que levaram ao melhor desempenho do sistema, dentre as cidades analisadas. Por outro lado, quando observado o consumo do chiller que realiza o abastecimento da termoacumulação, o consumo anual de energia elétrica deste equipamento foi reduzido em até 10,2% com o modelo de previsões diárias. Além disso, o modelo proposto também permitiu a redução entre 12,5% e 36,4% do calor infiltrado no meio de armazenamento. Quando inseridas perturbações sobre as previsões de cargas, o sistema mostrou-se resiliente mesmo se subestimada a demanda diária em até 20%. A partir do desenvolvimento deste estudo, foi concluído que o desempenho de um sistema de termoacumulação com previsões de carga está intrinsecamente relacionado com a forma de aplicação dessas previsões. As características climáticas igualmente representam um parâmetro que influencia na viabilidade do modelo, podendo indicar a relevância da adoção de previsões de carga, assim como relacionando-se com a performance das máquinas do sistema de climatização.

Palavras-chave: Armazenamento de energia térmica. Armazenamento de água gelada. Ar condicionado. Controle preditivo. Previsão de carga.

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