Conclusões

Após o estudo dos fenómenos, componentes e funcionamento das duas principais variantes, aquecimento de água sanitária e ventilação, duas construções do sistema global foram estipuladas, sistema de ventilação com ou sem recuperação de calor. Cada sistema tem os seus requisitos e especificações, como tal, uma definição e análise dos mesmos foi conduzida.

Os requisitos e compatibilidade da bomba de calor com um sistema de ventilação sem recuperação de calor analisados, comprovaram a existência, principalmente, de restrições e limitações das necessidades de ventilação de acordo com a configuração da casa e da rede de ventilação em que o equipamento é instalado. As restrições abrangem principalmente, o caudal de ar de extração pela ventilação que irá depois alimentar a bomba de calor. Em termos energéticos a fonte de energia da bomba de calor pelo ar extraído da ventilação é de valores constantes em que tem em conta a construção da casa e equipamentos de aquecimento de espaços, sendo que em sistemas sem recuperação de calor o ar extraído pode estar dentro da gama de 18 a 21°C. Esta instalação sem recuperação de calor consegue assim recuperar alguma parte da energia que de outra maneira seria desperdiçada para o exterior.

Em sistemas com recuperação de calor, o principal requisito que influencia a bomba de calor é a temperatura do ar no ponto de exaustão, após passagem da unidade de recuperação de calor e ao usar a energia presente consegue-se reduzir quase a 0% o desperdício de energia presente da casa com o sistema de recuperação e a bomba de calor em funcionamento conjunto. O ar de exaustão nesta configuração é considerada para a fonte de energia da bomba de calor, para tal torna-se imperativo determinar quais seriam as gamas de temperaturas e humidade relativa em que poderia a fonte de calor variar. A transferência de calor na unidade realiza-se num permutador de calor ar-ar com troca de calor em fluxo cruzado-contracorrente e para conhecer a temperatura do ar de exaustão é necessário efetuar um dimensionamento energético, que tendo em conta a geometria e valores de entrada de temperatura e humidade relativa nos pode auferir quais as temperaturas do ar de exaustão e assim também determinar qual a performance da bomba de calor nessas condições.

O desenvolvimento e aplicação de um modelo matemático de acordo com o método NTU-ε, permite determinar qual a temperatura do ar de exaustão resultante da transferência de calor pelo permutador, de acordo com Use Cases de condições recomendadas. Para maior confiança dos resultados do modelo, uma validação foi realizada com uma comparação entre o modelo desenvolvido e um modelo desenvolvido por Li-Zhi Zhang (2010). Tornando as variáveis geométricas e de entrada

139 iguais ao modelo de Li-Zhi Zhang (2010), tendo em conta que também este modelo tomava um permutador de calor com fluxo em cruzado-contracorrente. O final da comparação entre os dois modelos apresentou resultados com desvios percentuais muito baixos tornando o modelo matemático validado.

A performance da bomba de calor é verificada sob determinadas condições estipuladas por Use Cases, que abrangem a gama de temperaturas possível de encontrar em instalações. Usando o modelo matemático desenvolvido, é efetuado para cada Use Case uma comparação com três fontes de calor para a bomba de calor de origens diferentes, do exterior, da ventilação e da unidade de recuperação de calor. Através de um mapeamento do funcionamento da bomba de calor em diferentes condições de temperatura do ar, da água e de velocidade do ventilador, o resultado é a evolução de variáveis como a potência transferida, a potência consumida e o COP instantâneo. Pelos resultados obtidos, a principal observação, é a performance superior da alimentação pelo ar de exaustão em relação ao ar exterior, exceto em casos extremos. Entre a alimentação feita pelo ar extraído e o ar de exaustão torna-se evidente que a extração direta da ventilação sem recuperação de calor oferece uma performance melhor e mais constante, mas esta comparação deve ser realizada tendo em conta para além da performance, também o desperdício de energia em que, no caso de com recuperação de calor é quase inexistente. Em termos de balanço energético entre o consumo de energia e o desperdício de energia, a opção com recuperação de calor oferece mais benefícios nas duas variáveis de aquecimento de água sanitária e aquecimento de espaços.

Após uma análise do ponto vista energético, também o ponto estrutural de compatibilidade entre os dois sistemas de aquecimento de água e de ventilação teve de ser analisado. Como referido anteriormente o sistema de ventilação compromete a quantidade de energia a ser fornecida pelo ar à bomba de calor, como tal, torna-se crucial a definição de uma estratégia ao nível de controlo e software que consiga acoplar os dois sistemas num só funcionamento. Para tal, foi estruturada uma estratégia de controlo que encaixa as necessidades de água quente com o funcionamento da ventilação, tendo como base uma adaptação do fluxo de ar para alimentação da bomba de calor. Esta adaptação é realizada por um método de cálculo, que de acordo com as condições de perda de carga e do ar extraído, determina quais os valores e ordens que devem ser respeitadas para que a bomba de calor funcione em conjunto com a ventilação, modulando o caudal de ar extraído e assim respeitar as condições de ventilação. Esta estratégia de controlo, foi testada numa bomba de calor em condições calibradas, para simular uma instalação e a sua rede de ventilação. De modo a testar todas as variantes e condicionantes da estratégia de controlo, como o tempo de aquecimento e a perda de

140 carga, uma bateria de quatro testes foi realizada, cada um com uma delineação pré-definida. Os resultados da bateria de testes demonstraram um acerto entre a estratégia de controlo e o comportamento e funcionamento da bomba de calor, confirmando um bom emprego da estratégia de controlo no software da bomba de calor.