Gestão de cargas, equipamentos e eletrodomésticos

As características das cargas utilizadas numa habitação são cada vez mais diversificadas e sofisticadas, tendo os equipamentos eletrónicos cada vez mais preponderância. Existem cargas que são comuns a qualquer tipo de habitação, independentemente da sua dimensão e arquitetura. A maior diferença está na quantidade e na potência das cargas utilizadas. Por exemplo, uma habitação do tipo T0 (Studio) deverá ter o mesmo tipo de equipamentos que uma habitação do tipo T4, nomeadamente, televisor, frigorífico, sistema de aquecimento/arrefecimento, sistemas de iluminação, etc.

Dentro dos equipamentos inumerados, é possível referir que, o que normalmente tem maior impacto no consumo total da habitação é o sistema de aquecimento/arrefecimento. Entre os equipamentos utilizados numa habitação, alguns são tipicamente utilizados em determinadas divisões da habitação, sendo outros comuns a qualquer divisão. Tendo em conta a pesquisa realizada, [Alaskan-2008; Electropaedia-2005; Footprint-; Lighting-;

Ravibabu, et al.-2009; Smith-2006; Visualization-], foi elaborada a Tabela 2.1 que apresenta alguns exemplos de equipamentos por divisão numa habitação.

Tabela 2.1 – Alguns tipos de cargas a utilizar por divisão numa habitação.

Carga Cozinha Casa de

Banho Escritório Quarto Sala de

estar Lavandaria Garagem Jardim Aparelhagem de descritos quatro tipos de cargas segundo a sua possibilidade de controlo:

 Cargas incontroláveis: são cargas que não podem ser desligadas por qualquer sistema automático;

 Cargas parametrizáveis: são cargas em que os parâmetros de funcionamento podem ser alterados;

 Cargas interruptíveis: são cargas possíveis de interromper por um determinado período de tempo;

 Cargas deslocáveis: são cargas que podem ser utilizadas num período diferente do habitual.

Tabela 2.2 – Tipos de controlo por carga de uma habitação (adaptado de [Soares, et al.-2012]).

Cargas Incontrolável Parametrizável Interruptivo Deslocável

Máquina de secar roupa X

Máquina de lavar roupa X

Máquina de lavar loiça X X

Cilindro elétrico X X X

Aquecedor X X

Ventoinha X X

Frigorífico X X

Arca congeladora X X

Iluminação X

Equipamentos de entretenimento X

Equipamento de escritório X

Forno X

Cada tipo de carga tem um impacto específico no consumo total da habitação e diferentes períodos de funcionamento, como se pode ver na Figura 2.12 e na Figura 2.13.

Figura 2.12 – Diagrama de carga para o setor doméstico português por tipo de carga [IP-3E-2004].

Em Portugal, de acordo com a Direção Geral de Energia e Geologia (DGEG) [DGEG-2013b; PER-2013] é possível afirmar que:

 As cargas como os frigoríficos e arcas congeladoras são cargas consumidoras ao longo das 24 horas e apresentam grande importância no consumo total;

 As cargas como máquinas de lavar loiça ou roupa são cargas que funcionam normalmente pela manhã (lavar roupa) ou no final das refeições (lavar loiça);

 Os equipamentos de escritório e de entretenimento têm um consumo considerável. Ao longo da noite, o consumo destes equipamentos resume-se ao modo de standby;

 Os cilindros elétricos têm o pico de consumo normalmente no início da manhã;

Os sistemas de aquecimento/arrefecimento são usados ao longo do dia e não têm muito impacto no consumo total da habitação em comparação com outros tipos de consumidores como os industriais ou comerciais.

Perante o consumo verificado pelas cargas no consumo total de uma habitação, vários são os desenvolvimentos de modo a reduzir o consumo total verificado e otimizar a utilização das cargas, tendo em atenção os momentos onde não é necessário ter determinado equipamento ligado ou optar por ligar determinada carga em momentos onde a produção é bem superior à procura, e deste modo, ter uma participação ativa na gestão da rede.

Figura 2.13 – Percentagem, do consumo total, por cada tipo de carga no setor doméstico português [IP-3E-2004].

Tudo isto permite a redução dos custos, quer para o consumidor final, quer para o fornecedor de energia e operadores de rede. Neste sentido, em [Soares, et al.-2012] é

proposto um sistema para gestão dos recursos energéticos de uma habitação, tendo em conta as tarifas dinâmicas e as restrições para a qualidade de serviço. Casos como a influência das características de uma habitação no consumo de energia elétrica [McLoughlin, et al.-2012], ou o efeito que tem a implementação de cargas mais eficientes no consumidor doméstico em substituição de outras [Borg, et al.-2011], são analisados e testados.

Também foram desenvolvidas metodologias para a gestão das cargas ao longo do período de pico do diagrama de cargas como apresentado em [Ravibabu, et al.-2009]. Por último, [Elphick, et al.-2009] trata as características da qualidade de energia devido ao aumento da utilização de cargas eletrónicas que provocam problemas com os harmónicos.

Alguns trabalhos são realizados de modo a controlar cargas específicas de uma habitação, como por exemplo, a regulação do termóstato de acordo com os preços da energia e as previsões de consumo. Neste controlo individual de cargas, é importante ter em atenção os níveis de conforto do utilizador sempre com o objetivo de minimizar os custos com o consumo de energia elétrica. Relativamente ao aquecimento de água, existem modelos físicos para modelar a dinâmica térmica do aquecimento da água, e existem modelos estatísticos para modelar o consumo aleatório de água. Com estes modelos é possível efetuar uma previsão do funcionamento deste tipo de equipamento ao longo do tempo. Para isso, pode-se utilizar um algoritmo do tipo Multiloop. Esta ferramenta permite criar horários de funcionamento dos equipamentos nas habitações, de modo a obter a melhor gestão de energia ao longo do dia [Pengwei, et al.-2011].

Tendo em conta a gestão inteligente de sistemas de ar condicionado, foi proposto um modelo em [Ying-Yi, et al.-2012] que tem como principal objetivo gerir a temperatura ideal para um determinado ar condicionado, de acordo com o preço de energia elétrica para o dia seguinte e as previsões da temperatura exteriores. De acordo com estas previsões, o método aplicado faz a previsão da temperatura ideal de funcionamento do ar condicionado para as 24 horas seguintes. Sendo que este método está sujeito às previsões do preço e da temperatura exterior estas variáveis foram modeladas por um conjunto difuso (fuzzy set) [Ying-Yi, et al.-2012]. Um outro estudo mostra o escalonamento das cargas da habitação de acordo com as prioridades dinâmicas definidas, de acordo com a disponibilidade de produção das fontes renováveis, e de acordo também com a previsão do preço da energia elétrica. Para este caso foi criado um algoritmo em tempo real para a otimização do consumo da habitação [Xin, et al.-2012].

Sendo que os trabalhos científicos desenvolvidos na gestão da climatização têm sido escassos, em [Jo, et al.-2013] é apresentado um sistema inteligente para a utilização do aquecimento da casa e escalonamento da utilização do ar condicionado, de acordo com as preferências dos utilizadores e as características dos equipamentos de climatização. Neste modelo foram considerados como parâmetros, a capacidade de calor interno e a dissipação de energia térmica que são relacionadas com os dados históricos. O software desenvolvido

é divido em quatro módulos: Entrada de dados; Estimação de parâmetros; Escalonamento e Gestão da base de dados. O modelo proposto permite minimizar os custos de energia na utilização dos sistemas de climatização e ao mesmo tempo, minimizar o desconforto para os utilizadores numa casa inteligente [Jo, et al.-2013]. Por outro lado, existem métodos de previsão do consumo individual dos equipamentos existentes nas habitações, como o aquecedor de água, a iluminação, o frigorífico e o congelador. De acordo com [Arghira, et al.-2012], o objetivo é prever o consumo de determinados equipamentos para o dia seguinte de acordo com os dados históricos guardados em base de dados. Como resultado é proposto um indicador estocástico de acordo com os padrões da energia consumida [Arghira, et al.-2012].