Definição da estratégia de controlo

Como referido anteriormente, a relação tempo de aquecimento e o caudal de ar é a base da estratégia de controlo. O que se pretende a partir desta relação é obter o melhor compromisso entre a bomba de calor e o sistema de ventilação.

Para tal, o princípio para a combinação dos dois sistemas é garantir os fluxos de ar mínimos e máximos estipulados pela ventilação e dentro desse intervalo fazer variar o caudal conforme as necessidades de água quente. Essa variação será comandada pelo cumprimento ou incumprimento do tempo de aquecimento para a temperatura pretendida, inserido pelo utilizador aquando da instalação e configuração da bomba de calor.

A determinação do cumprimento do tempo de aquecimento, será a partir da leitura do caudal e temperatura do ar que alimenta a bomba de calor, e a partir desses dados, determinar se o volume de água irá aquecer até à temperatura pretendida no tempo de aquecimento desejado.

Por exemplo, num determinado ponto de tempo no intervalo de aquecimento é efetuada a medição da temperatura no tanque, se esta é menor que a temperatura máxima pretendida, o resultado é a ativação da bomba de calor. O passo seguinte, é verificar as condições de temperatura e caudal do ar a atravessar o módulo de aquecimento, com as medições pode-se estimar a potência que pode ser retirada do ar, transformada pelo módulo de aquecimento e transferida para a água do tanque.

Com a medição da temperatura no tanque, estima-se a potência necessária para elevar novamente o volume de água à temperatura desejada no tempo estipulado, e com a potência necessária de aquecimento determinada é efetuada uma comparação com a potência transferida para o tanque nas condições atuais do ar de alimentação. Com esta comparação, verifica-se que as condições atuais do ar não irão satisfazer as necessidades de aquecimento no tempo estipulado, o que resulta num novo passo, que é aumentar o fluxo de ar, e como as necessidades de água quente devem ser tidas em

84 conta com as preferências do utilizador, o melhor é assumir o caudal máximo de ar quando o tempo de aquecimento é superior ao tempo desejado para o término do aquecimento de água pela bomba de calor.

Outro exempo, é quando o tempo final de aquecimento é inferior ao tempo desejado de aquecimento e deste modo pode ocorrer uma modelação do caudal de ar, para que no tempo desejado, o funcionamento da bomba de calor termine e a temperatura esteja no valor pretendido. Assim a bomba de calor funciona num ciclo mais eficiente em que baixa o caudal de ar necessário para o aquecimento, diminuindo o consumo de energia pelo ventilador e tornando os caudais de ar mais próximos dos desejados pela ventilação, respeitando ao mesmo tempo as necessidades de ventilação e tempo de aquecimento.

Em relação ao cálculo de um novo caudal de ar, para que no final do intervalo de tempo a água no tanque esteja à temperatura desejada, se esse caudal estiver entre o mínimo e máximo definido pela ventilação, o caudal de ar tem de variar para acordar com as necessidades de água quente.

Se o caudal de ar necessário é superior ao máximo estipulado pela ventilação, o caudal atribuído para alimentação do módulo de aquecimento é o caudal máximo de ventilação e para cumprir com o tempo estipulado outros acessórios, como resistência elétrica, podem auxiliar no aquecimento da água.

Outro exemplo, quando na comparação entre a potência de aquecimento necessária e a potência transferida para a água com as condições atuais, se verifica que as condições do ar de alimentação atuais são suficientes para cumprir o tempo de aquecimento, o caudal de ar é mantido e não diminuído para as condições de ventilação.

Definição de estratégia de controlo para velocidade de ventilador variável

A configuração atual da bomba de calor tem na sua constituição, um ventilador de velocidade variável. Uma das estratégias de controlo a testar, será estabelecer uma pressão constante na rede, tornando a velocidade do ventilador variável e passível de manipulação para corresponder às necessidades de água quente e de ventilação. A configuração da rede de extração que mantém a perda de carga no sistema constante é se a instalação tiver bocas de extração não reguláveis, isto é, não é possível a regulação do caudal a ser extraído fazendo com que o fluxo de ar extraído seja constante.

Para criar variação do caudal de extração, a velocidade do ventilador tem de ser manipulada para alteração do fluxo de ar, já que a perda de carga a vencer na rede é constante. Para tal, terá de ser

85 definida uma ligação base para que de acordo com o caudal de ar necessário para o aquecimento de águas sanitárias, seja estabelecida uma velocidade de ventilador correspondente.

Tal estratégia, é definida por uma série de ordens e comandos escritos num fluxograma de controlo, no qual é estipulado a ordem de ações e as condições que antecedem as decisões de comando igual à definição da estratégia de controlo pretendida e relatada no capítulo anterior.

86 Figura 4. 1 – Fluxograma representativo da estratégia de controlo pretendida

87 Como demonstrado pelo fluxograma de controlo, a relação de dependência entre o tempo de aquecimento e o caudal de ar, é a ligação de base da estratégia de controlo. Um exemplo do comportamento esperado pela bomba de calor é descrito na Figura 4.2.

Figura 4. 2 – Exemplo de funcionamento de acordo com as necessidades de água quente

(Caudal de ar / Temperatura – Tempo)

Pela Figura 4.2 é possível observar o princípio que se pretende com a aplicação da variação da velocidade do ventilador, com a representação da variação do caudal de acordo com as necessidades de aquecimento de água. Estando a temperatura no set-point, o ventilador corresponde às obrigações da ventilação, quando ocorre uma queda de temperatura que obriga ao acionamento da bomba de calor, o ventilador corresponde com o caudal máximo até que a temperatura volte a aumentar e a partir desse momento a velocidade é modelada, tendo em conta os limites mínimos e máximos de extração, para o ponto em que o caudal a extrair é suficiente para que termine no tempo final à temperatura desejada. As linhas a tracejado representam a previsão de aquecimento se não ocorressem mais tappings até ao final do ciclo e o correspondente caudal de ar previsto.

10 20 30 40 50 60 200 250 300 350 400 450 Tempera tura de água n o ta nqu e Ca uda l d e a r Tempo

Caudal Temperatura Previsão 1 Previsão 2

Tapping

Max

Min

88