Controlo inteligente e adaptativo da eficiência de termo-acumuladores elétricos

Abstract

De acordo com a PORDATA, o consumo elétrico doméstico em Portugal representa 25% da energia total consumida. Devido às preocupações ambientais, é importante reduzir este consumo. Como os termo-acumuladores elétricos são dos eletrodomésticos com mais baixa eficiência, nesta dissertação é proposta uma solução que possa ser aplicada a diversos termoacumuladores elétricos com o intuito de melhorar a sua performance. A solução desenvolvida procura definir o perfil diário da resistência elétrica, de modo a que este apresente melhorias em relação ao controlo atual de um termo-acumulador. Para definir o perfil de resistência elétrica de um dia, a análise passa pela divisão das 24 horas em blocos de 10 minutos, sendo cada bloco categorizado como Start, On ou Off. Esta classificação é baseada no histórico de utilizações de água quente juntamente com um conjunto de regras lógicas. Cada bloco desempenha uma função específica no controlo do termoacumulador. O bloco Start procura minimizar a temperatura da água em relação a uma temperatura de referência pré-definida. O bloco Off define quando o termo-acumulador não está em funcionamento. E, por fim, o bloco On é utilizado nos blocos onde há captação de água quente do termo-acumulador ou em blocos que se pretenda manter a temperatura da água. Este bloco tem como objetivo a minimização do consumo elétrico ao mesmo tempo que minimiza a diferença entre a temperatura da água e a temperatura de referência, tratando-se de uma minimização multi-objetivo. Este bloco desempenha a função atribuída mediante a aplicação de um algoritmo híbrido, sendo este constituído por uma junção entre o algoritmo Gradiente Descendente e o Simulated Annealing. Nos blocos definidos, as minimizações são realizadas baseando-se em modelações das curvas de arrefecimento e aquecimento de cada termo acumulador. A metodologia adotada para modelar estas curvas foi estudada através da análise de perfis de temperaturas adquiridos por meio de dois protótipos construídos. A partir da solução desenvolvida alcançou-se o objetivo pretendido, garantindo um maior conforto térmico do utilizador assim como uma boa economia de eletricidade.

According to PORDATA, domestic electric consumption in Portugal is near 25% of total electric energy consumption. Is important to reduce this consumption due to ambient concerns. Electric water heaters have low efficiency rates, due to its basic control, so in this dissertation was developed a solution that can be applied to a variety of electric water heaters in order to improve its performance. The developed solution defines daily electric resistance profiles in order to achieve better consumption and temperatures than the actual control of the electric water heaters. To define daily electric resistance profiles, initially was needed to segment a day in ten minutes blocks, where each block can be classified as a Start, On or Off block. Each block performs a specific function to control electric water heaters. Start block seeks minimization between water temperature and a defined reference temperature. Off block defines when the system isn’t in operation. On block is used when occurs a water usage or when intend to maintain the water temperature, this block aims to minimize temperature difference, same as Start block, and electric consumption. To do this multi-objective minimization was applied hybrid algorithms using a combination of Gradient Descent algorithm and Simulated Annealing algorithm. In the described blocks, minimization are based on heating and cooling curve fitting of each electric water heater. Curve fitting methodology was implemented through a temperature profile analysis achieved via two built prototypes. With the developed solution was achieved the pretended objective, guaranteeing a better thermal comfort temperature and lower electric consumption.