Análise do uso de estratégias para a melhoria de eficiência energética e do conforto térmico em edificações com sistemas de automação predial-residencial

Abstract

O presente trabalho apresenta uma proposta para melhoria da eficiência energética e do conforto térmico em edificações com sistemas de automação predial-residencial. O desenvolvimento da proposta do trabalho foi dividido em três etapas: na primeira etapa foi realizada uma análise inicial do desempenho de uma sala de aula automatizada, com relação ao consumo de energia elétrica do sistema de climatização e o conforto térmico dos usuários, em 4 cenários típicos de uso da sala. Esta análise indicou claras possibilidades de melhorias no sistema de automação, de forma a aumentar o conforto térmico e reduzir-se o consumo de energia. Numa segunda etapa da proposta foi aplicada uma estratégia de alteração dos horários de funcionamento do sistema de climatização com o objetivo de melhorar o conforto térmico dos usuários. Para validação das estratégias propostas foi desenvolvido, utilizando-se o software EnergyPlus, um modelo computacional para simulação da variação de temperatura da sala. Com a análise comparativa de simulações observou-se que alterando o horário de funcionamento do sistema de climatização foi possível manter a sala 100% do tempo na faixa de conforto térmico durante as aulas, porém com um aumento no consumo de energia. Em função disto, numa terceira etapa da proposta foi aplicada uma estratégia para ajustar o valor de setpoint de resfriamento do sistema de climatização integrado ao sistema de automação da sala com o objetivo de melhorar a eficiência energética. O algoritmo foi inicialmente desenvolvido com o software Matlab e foi co-simulado com o modelo computacional utilizando a ferramenta MLE+. Com a análise comparativa de simulações e co-simulações observou-se que houve uma redução no consumo de energia de cerca de17% na sala numa comparação com os cenários validados na primeira etapa. Os conceitos desenvolvidos foram então aplicados no projeto de uma nova edificação, no qual uma redução no consumo de energia em torno de 6%.

The present paper presents a proposal of improvement of energy efficiency and thermal comfort in buildings with home and building automation. The development of the proposal of the paper was divided into three stages: At the first stage it was realized an initial analysis of the performance of an automated room in relation to the consumption of electrical energy by the air conditioning system and the thermal comfort of the users in four typical scenarios of the room use. This analysis indicated clear possibilities of improvement on the automation system in terms of improving thermal comfort and decreasing energy consumption. At the second stage of the proposal it was applied a strategy of alteration of the operation times of the air conditioning system with the objective of improving the thermal comfort of the users. To validate the strategies proposed it was developed, using the EnergyPlus software, a computational model to simulate the variations in temperature in the room. With the comparative analysis of the simulations it was observed that altering the operation times of the air conditioning system it was possible to maintain the room in the thermal comfort zone 100% of the time, however, with an increase in energy consumption. Therefore, at the third stage of the proposal it was applied a strategy to adjust the cooling set point of the air conditioning system integrated to the automation system with the objective of improving energy efficiency. The algorithm was developed initially with the Matlab software and it was co-simulated with the computational model utilizing the MLE+ tool. With the comparative analysis of simulations and co-simulations it was observed that there was a reduction of around 17% in the consumption of energy in the room compared with the scenarios validated at the first stage. The concepts developed were then applied on the project of a new building, in which the reduction of energy consumption was around 6%.