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Sistema Inteligente de Gestão de Funcionamento do Sistema de AVAC no campus do IST-Taguspark Sara Alexandra Guedes Vaz Silva Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Mecânica Orientador: Prof. Carlos Augusto Santos Silva Júri Presidente: Prof. Mário Manuel Gonçalves da Costa Orientador: Prof. Carlos Augusto Santos Silva Vogal: Eng. Mário Miguel Franco Marques de Matos Novembro de 2015

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Sistema Inteligente de Gestão de Funcionamento do

Sistema de AVAC no campus do IST-Taguspark

Sara Alexandra Guedes Vaz Silva

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em

Engenharia Mecânica

Orientador: Prof. Carlos Augusto Santos Silva

Júri

Presidente: Prof. Mário Manuel Gonçalves da Costa

Orientador: Prof. Carlos Augusto Santos Silva

Vogal: Eng. Mário Miguel Franco Marques de Matos

Novembro de 2015

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AGRADECIMENTOS

Gostaria de agradecer em primeiro lugar à minha família e amigos, que me souberam suportar e

acarinhar nos momentos mais conturbados. Em segundo lugar, ao meu Orientador, o Professor Carlos Silva,

que com as suas críticas sempre positivas e o seu entusiasmo me manteve motivada no desenvolvimento

deste trabalho.

Um especial agradecimento ao Eng. Mário Matos e ao Eng. Afonso Franca, que disponibilizaram

grande parte dos dados e informação do caso de estudo desta dissertação e a tornaram possível.

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ABSTRACT

Even taking into account the sharp decline in energy consumption in all sectors, totaling about 17%

since 2008, there was an increase in consumption of energy in the service sector compared to all other

sectors by 6%, and 40% of the energy consumed in buildings is for consumption of heating, ventilation and

air conditioning. Consequently, the use of forecasting and HVAC control systems become increasingly

important in the energy landscape of buildings.

Within this context, the work intends to present an empirical forecast model of the Instituto

Superior Técnico campus in Taguspark, based on the historical consumption of the facilities and an energy

behavior analysis with an variable external to the system and operating characteristics of the facilities

themselves, in addition to the validation of this model in order to evaluate its suitability for the estimation

of the thermal needs of the case study.

Initially was done an analysis to the air conditioning system, the building management policies and

air conditioning system of the case study and to the whole building consumption history, in order to observe

energy performance standards in building consumer. This analysis led to the presentation of a hourly

consumption model of the building that consists of several profiles associated with parameters such as time

of the year, calendar of the activities in the building, day of the week and the cycles occurring in Central of

the air conditioning systems, as well as an external variable, the maximum temperature reached in the day,

exclusive of the heating season, having produced a support tool in Matlab.

This model verified uncertainty in sensitive points of the day in the cooling period, particularly at

the beginning and end of the daytime resulting in average daily errors of 11.38% to 17.71% depending on

the time of the calendar in the building, and in the heating period, the results of the deviations were better,

getting up to a maximum of 7.88% of average daily error on vacation.

Key-words: Electricity consumption, empirical model, air conditioning

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RESUMO

Mesmo tendo em conta a descida acentuada do consumo de energia em todos os sectores, no total

de cerca de 17 % desde 2008, registou-se um aumento do consumo no sector dos serviços face ao conjunto

dos outros sectores em 6 %, sendo que 40% da energia consumida em edifícios é destinada ao consumo de

Aquecimento, Ventilação e Ar-condicionado. Em consequência, a utilização de sistemas de previsão e

controlo de AVAC tornam-se cada vez mais importantes no panorama energético de edifícios.

Dentro deste âmbito, o trabalho desenvolvido pretende a apresentação de um modelo de previsão

empírico das instalações do campus do Instituto Superior Técnico no Taguspark, com base em análises do

histórico de consumos das instalações e o seu comportamento com uma variável exterior ao sistema e com

características de funcionamento das próprias instalações, para além da validação desse modelo, por forma

a avaliar a sua adequação à estimação das necessidades térmicas do edifício do caso de estudo.

Inicialmente fez-se uma análise ao sistema de climatização, às políticas de gestão do edifício e do

sistema de climatização do caso em estudo e a todo o histórico de consumo do edifício, por forma a observar

padrões de comportamento energético no consumo do edifício. Esta análise levou à apresentação de um

modelo de consumo horário do edifício composto por vários perfis associados a parâmetros como a época,

o período, o dia da semana e os ciclos a ocorrer na Central de “Frio” das instalações de climatização, para

além de uma variável exterior, a temperatura máxima atingida no dia, associada apenas aos consumo em

época de arrefecimento, tendo sido produzida uma ferramenta de apoio ao cálculo dos perfis em Matlab.

Este modelo verificou alguma incerteza em pontos sensíveis do dia em época de Arrefecimento,

nomeadamente no início e fim do horário diurno resultando em erros diários médios de 11,38% a 17,71%

dependendo do período e do dia, e em época de Aquecimento os resultados dos desvios foram melhores,

ficando-se num máximo de 7,88% de erro diário médio em período de férias.

Palavras-chave: Consumo eletricidade, modelo empírico, climatização

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ÍNDICE

AGRADECIMENTOS ................................................................................................................................................................. i

ABSTRACT .................................................................................................................................................................................. ii

RESUMO ..................................................................................................................................................................................... iii

ÍNDICE .........................................................................................................................................................................................iv

LISTA DE TABELAS .............................................................................................................................................................. vii

LISTA DE GRÁFICOS ........................................................................................................................................................... viii

LISTA DE FIGURAS .................................................................................................................................................................. x

ACRÓNIMOS E SIMBOLOGIA ............................................................................................................................................. xi

1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................................................................. 1

Motivação ............................................................................................................................................................... 1

Objetivos ................................................................................................................................................................. 3

Estrutura ................................................................................................................................................................. 3

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA E DE CONCEITOS .................................................................................................... 4

Climatização de Edifícios ................................................................................................................................. 4

Conforto Térmico .......................................................................................................................................... 4

Controlo e Qualidade do Ar Interior ..................................................................................................... 7

Cargas Térmicas ............................................................................................................................................. 7

Chillers ou UPAR............................................................................................................................................. 8

Depósitos de Acumulação .......................................................................................................................... 9

Graus Dia .............................................................................................................................................................. 11

Temperatura Base ...................................................................................................................................... 12

Limitações ...................................................................................................................................................... 12

Modelação e Algoritmos de Decisão ........................................................................................................ 13

Modelos Físicos ........................................................................................................................................... 13

Modelos Empíricos .................................................................................................................................... 13

3. CASO DE ESTUDO ....................................................................................................................................................... 18

Campus Taguspark .......................................................................................................................................... 18

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Central de “Frio” ............................................................................................................................................... 18

Gestão das instalações de AVAC ................................................................................................................ 21

4. ANÁLISE DO CONSUMO ........................................................................................................................................... 26

Análise do Consumo Anual .......................................................................................................................... 27

Banco de Gelo ............................................................................................................................................... 28

Época de Arrefecimento .......................................................................................................................... 29

Análise do Consumo Semanal ..................................................................................................................... 30

Análise do Consumo Diário ......................................................................................................................... 31

Época de Aquecimento............................................................................................................................. 31

Época de Arrefecimento .......................................................................................................................... 32

Análise de consumo em dias não-úteis .................................................................................................. 33

Consumo Atípico .............................................................................................................................................. 35

Calendarização .................................................................................................................................................. 36

Dependência do Consumo das condições Exteriores ....................................................................... 37

5. PERFIL DE CONSUMO ENERGÉTICO .................................................................................................................. 44

Parâmetros do Perfil ....................................................................................................................................... 44

Aquecimento ...................................................................................................................................................... 45

Arrefecimento .................................................................................................................................................... 47

Ajuste ao Perfil de Consumo .................................................................................................................. 52

Resumo dos Perfis Finais .............................................................................................................................. 52

Programa de Cálculo de Perfil .................................................................................................................... 54

Funções Gerais ............................................................................................................................................. 54

6. RESULTADOS ................................................................................................................................................................ 58

Validação 2015 .................................................................................................................................................. 58

Época de Aquecimento............................................................................................................................. 58

Época de Arrefecimento .......................................................................................................................... 60

Dias Excluídos .............................................................................................................................................. 68

7. CONCLUSÕES ................................................................................................................................................................ 72

Perfis de Época de Aquecimento ............................................................................................................... 73

Perfis de Época de Arrefecimento ............................................................................................................ 73

Melhorias Futuras ............................................................................................................................................ 75

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vi

REFERÊNCIAS ........................................................................................................................................................................ 76

ANEXOS ..................................................................................................................................................................................... 79

A. Menus de Interface de Gestão..................................................................................................................... 79

B. Curvas de Calibração Horárias ................................................................................................................... 81

C. Ficheiros de Entrada ....................................................................................................................................... 84

D. Perfis ...................................................................................................................................................................... 84

E. Programa ............................................................................................................................................................. 95

F. Listagem de dias com desvios mais acentuados ............................................................................. 104

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LISTA DE TABELAS

TABELA 2.1 - AVALIAÇÃO DO MODELO PMV [22] .................................................................................................................................... 5

TABELA 2.2 - RESUMO DA MODELAÇÃO FÍSICA E ALGORITMOS ............................................................................................................ 14

TABELA 2.3 - RESUMO DA MODELAÇÃO EMPÍRICA E ALGORITMOS ...................................................................................................... 15

TABELA 3.1 - PRINCIPAIS EQUIPAMENTOS DA CENTRAL DE "FRIO" ..................................................................................................... 20

TABELA 3.2 – POSIÇÃO DAS VÁLVULAS MOTORIZADAS EM CADA CICLO DE FUNCIONAMENTO ......................................................... 23

TABELA 4.1 - RESUMO DA ANÁLISE AO CONSUMO EM HORÁRIO DIURNO COM A TEMPERATURA MÁXIMA ......................................... 42

TABELA 5.1 - RESUMO DOS PARÂMETROS DO PERFIL DE CONSUMO NO CAMPUS TAGUSPARK ......................................................... 44

TABELA 5.2 - PERFIL DE CONSUMO E DESVIO, EM KWH, EM DIAS ÚTEIS DURANTE A ÉPOCA DE AQUECIMENTO .......................... 45

TABELA 5.3 - PERFIL DE CONSUMO E DESVIO, EM KWH, AOS SÁBADOS E DOMINGOS DURANTE A ÉPOCA DE AQUECIMENTO ........ 46

TABELA 5.4 - PERFIL DE CONSUMO E DESVIO, EM KWH, EM DIAS ÚTEIS DURANTE A ÉPOCA DE ARREFECIMENTO ...................... 48

TABELA 5.5 - PERFIL DE CONSUMO E DESVIO, EM KWH, AOS SÁBADOS DURANTE A ÉPOCA DE ARREFECIMENTO......................... 50

TABELA 5.6 - PERFIL DE CONSUMO E DESVIO, EM KWH, AOS DOMINGOS DURANTE A ÉPOCA DE ARREFECIMENTO ..................... 51

TABELA 5.7 - LISTA DE TABELAS DE PERFIS EM ÉPOCA DE AQUECIMENTO ......................................................................................... 52

TABELA 5.8 - LISTA DE TABELAS DE PERFIS E CORRESPONDENTES AJUSTES EM ÉPOCA DE ARREFECIMENTO ............................... 53

TABELA 5.9- REFERÊNCIA DE PERÍODOS DO PROGRAMA ....................................................................................................................... 55

TABELA 5.10 - UTILIZAÇÃO DAS TABELAS DE PERFIS NO PROGRAMA PARA A ÉPOCA DE ARREFECIMENTO ................................... 56

TABELA 5.11 - UTILIZAÇÃO DAS TABELAS DE PERFIS NO PROGRAMA PARA A ÉPOCA DE AQUECIMENTO ....................................... 56

TABELA 6.1 - ERROS MENSAIS ORIGINADOS NOS PERFIS ESTIMADOS .................................................................................................... 68

TABELA 6.2 – LISTAGEM DE DIAS COM DESVIOS MAIS ACENTUADOS DOS PERFIS ESPERADOS E OS ERROS DIÁRIOS ........................ 69

TABELA 0.1 – CURVAS DE CALIBRAÇÃO COM CICLO A, PERÍODO I E EM DIA ÚTIL ............................................................................... 81

TABELA 0.2 - CURVAS DE CALIBRAÇÃO COM CICLO A, PERÍODO II E EM DIA ÚTIL .............................................................................. 81

TABELA 0.3 - CURVAS DE CALIBRAÇÃO COM CICLO B, PERÍODO II E EM DIA ÚTIL .............................................................................. 81

TABELA 0.4 - CURVAS DE CALIBRAÇÃO COM CICLO B, PERÍODO III E EM DIA ÚTIL ............................................................................. 82

TABELA 0.5 – CURVAS DE CALIBRAÇÃO COM CICLO C, PERÍODO I E EM DIA ÚTIL ............................................................................... 82

TABELA 0.6 - CURVAS DE CALIBRAÇÃO COM CICLO A, PERÍODO I E AO SÁBADO ................................................................................. 82

TABELA 0.7 - CURVAS DE CALIBRAÇÃO COM CICLO A, PERÍODO II+III E AO SÁBADO ........................................................................ 83

TABELA 0.8 - CURVAS DE CALIBRAÇÃO COM CICLO A, PERÍODO I E AO DOMINGO .............................................................................. 83

TABELA 0.9 - CURVAS DE CALIBRAÇÃO COM CICLO A, PERÍODO II+III E AO DOMINGO ..................................................................... 83

TABELA 0.10 - LISTAGEM DE DIAS COM DESVIOS MAIS ACENTUADOS DOS PERFIS ESPERADOS E OS ERROS DIÁRIOS.................... 104

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LISTA DE GRÁFICOS

GRÁFICO 1.1 - EVOLUÇÃO DE CONSUMO DE ENERGIA EM PORTUGAL POR SECTOR [4][5][6][7][8][9] .......................................... 1

GRÁFICO 1.2 - TIPO DE UTILIZAÇÃO DA ENERGIA EM EDIFÍCIOS NA ADMINISTRAÇÃO PÚBLICA [11] ................................................. 2

GRÁFICO 2.1 - ÍNDICE PPD [22] ................................................................................................................................................................. 6

GRÁFICO 2.2 - LIMITES DE ACEITABILIDADE AO DESCONFORTO [21] ...................................................................................................... 6

GRÁFICO 2.3 - EVOLUÇÃO DA CAPACIDADE DE REFRIGERAÇÃO E POTÊNCIA DO CIRCUITO DE UM CHILLER COM AS TEMPERATURAS

DE FUNCIONAMENTO DO CONDENSADOR E EVAPORADOR [27] ................................................................................................... 10

GRÁFICO 4.1 - CONSUMO DE ELETRICIDADE MENSAL EM DIAS ÚTEIS DE 2014 ................................................................................... 27

GRÁFICO 4.2 - POTÊNCIA MÉDIA MENSAL EM USO AO LONGO DE 2014, NAS ALTURAS DE REFERÊNCIA DO DIA COM A MÉDIA DAS

TEMPERATURAS MÁXIMAS MENSAIS ................................................................................................................................................ 28

GRÁFICO 4.3 - POTÊNCIA MÉDIA EM USO EM DIAS ÚTEIS AO LONGO DE 2014, NAS ALTURAS DE REFERÊNCIA DO DIA ................... 29

GRÁFICO 4.4 - CONSUMO DE ELETRICIDADE EM DIAS DE SEMANA, SÁBADOS E DOMINGOS, EM CADA MÊS DO ANO DE 2014 ........ 30

GRÁFICO 4.5 - POTÊNCIA EM USO NUM DIA TÍPICO EM ÉPOCA DE AQUECIMENTO .............................................................................. 31

GRÁFICO 4.6 - POTÊNCIA EM USO AO LONGO DE UM DIA TÍPICO COM VÁRIOS CICLOS DE UTILIZAÇÃO DA CENTRAL DE "FRIO" ..... 32

GRÁFICO 4.7 - POTÊNCIA EM USO EM DIAS NÃO-ÚTEIS EM ÉPOCA DE AQUECIMENTO ........................................................................ 33

GRÁFICO 4.8 - POTÊNCIA EM USO EM DIAS NÃO-ÚTEIS EM ÉPOCA DE ARREFECIMENTO SEM UTILIZAÇÃO DA CENTRAL ............... 34

GRÁFICO 4.9 - POTÊNCIA EM USO EM DIAS NÃO-ÚTEIS COM O CICLO DIÁRIO DE CONSUMO MÉDIO EM ÉPOCA DE ARREFECIMENTO

............................................................................................................................................................................................................. 34

GRÁFICO 4.10 - POTÊNCIA EM USO ATÍPICA DEVIDO A AVARIA DO BANCO DE GELO NO DIA 18 DE SETEMBRO DE 2014 ............. 35

GRÁFICO 4.11 – POTÊNCIA EM USO EM ALGUNS DIAS DURANTE A UTILIZAÇÃO DO CICLO DE CONSUMO DIÁRIO MÉDIO E INTENSO

............................................................................................................................................................................................................. 36

GRÁFICO 4.12 - CONSUMO DIÁRIO EM HORÁRIO DIURNO EM DIAS DE CICLO DIÁRIO DE CONSUMO MÉDIO E A SUA TEMPERATURA

MÁXIMA EXTERIOR REGISTADA DURANTE O DIA, COM CURVA DE TENDÊNCIA ............................................................................ 38

GRÁFICO 4.13 - CONSUMO DIÁRIO DENTRO EM HORÁRIO DIURNO EM DIAS DE CICLO DIÁRIO DE CONSUMO MÉDIO A INTENSO, E A

SUA TEMPERATURA MÁXIMA EXTERIOR REGISTADA DURANTE O DIA, COM CURVA DE TENDÊNCIA .......................................... 39

GRÁFICO 4.14 - CONSUMO DIÁRIO EM HORÁRIO DIURNO EM DIAS DE CICLO DIÁRIO DE CONSUMO MÉDIO E INTENSO PARA ALTURA

DE EXAMES DE ÉPOCA ESPECIAL, E A SUA TEMPERATURA MÁXIMA EXTERIOR REGISTADA DURANTE O DIA, COM CURVA DE

TENDÊNCIA ......................................................................................................................................................................................... 40

GRÁFICO 4.15 - HORA DE PICO DE CONSUMO E TEMPERATURA MÁXIMA REGISTADA DURANTE DIAS DE CICLO DIÁRIO DE CONSUMO

MÉDIO E INTENSO .............................................................................................................................................................................. 41

GRÁFICO 4.16 - CONSUMO DIÁRIO EM HORÁRIO DIURNO EM DIAS DE CICLO DE EMERGÊNCIA E A SUA TEMPERATURA MÁXIMA

EXTERIOR REGISTADA DURANTE O DIA, COM CURVA DE TENDÊNCIA ........................................................................................... 41

GRÁFICO 5.1 - PERFIS DE CONSUMO EM DIAS ÚTEIS DURANTE A ÉPOCA DE AQUECIMENTO ............................................................... 46

GRÁFICO 5.2 - PERFIS DE CONSUMO AO SÁBADO E AO DOMINGO DURANTE A ÉPOCA DE AQUECIMENTO ......................................... 47

GRÁFICO 5.3 – PERFIS DE CONSUMO EM DIAS UTEIS DURANTE A ÉPOCA DE ARREFECIMENTO ........................................................ 49

GRÁFICO 5.4 - PERFIS DE CONSUMO AOS SÁBADOS DURANTE A ÉPOCA DE ARREFECIMENTO ........................................................... 50

GRÁFICO 5.5 - PERFIS DE CONSUMO AO DOMINGO DURANTE A ÉPOCA DE ARREFECIMENTO ............................................................ 51

GRÁFICO 6.1 - DISTRIBUIÇÃO DO ERRO HORÁRIO EM ÉPOCA DE AQUECIMENTO NOS PERÍODOS I, II E IV EM DIAS ÚTEIS .............. 59

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GRÁFICO 6.2- DISTRIBUIÇÃO DO ERRO HORÁRIO EM ÉPOCA DE AQUECIMENTO NOS PERÍODOS I, II E IV EM DIAS NÃO-ÚTEIS ...... 59

GRÁFICO 6.3 - ERRO MÉDIO DIÁRIO DOS PERFIS DURANTE A ÉPOCA DE AQUECIMENTO ................................................................. 60

GRÁFICO 6.4 - DISTRIBUIÇÃO DO ERRO DIÁRIO AO LONGO DA ÉPOCA DE AQUECIMENTO AO SÁBADO E DOMINGO .......................... 60

GRÁFICO 6.5 - DISTRIBUIÇÃO DO ERRO DIÁRIO AO LONGO DA ÉPOCA DE AQUECIMENTO EM DIAS ÚTEIS .......................................... 60

GRÁFICO 6.6 - DISTRIBUIÇÃO DO ERRO HORÁRIO EM ÉPOCA DE ARREFECIMENTO NO PERÍODO DE AULAS EM DIAS ÚTEIS ............ 61

GRÁFICO 6.7 - DISTRIBUIÇÃO DO ERRO HORÁRIO EM ÉPOCA DE ARREFECIMENTO NO PERÍODO DE EXAMES EM DIAS ÚTEIS.......... 61

GRÁFICO 6.8 - DISTRIBUIÇÃO DO ERRO HORÁRIO EM ÉPOCA DE ARREFECIMENTO NO PERÍODO DE EXAMES DE ÉPOCA ESPECIAL EM

DIAS ÚTEIS .......................................................................................................................................................................................... 62

GRÁFICO 6.9 - DISTRIBUIÇÃO DO ERRO HORÁRIO EM ÉPOCA DE ARREFECIMENTO NO PERÍODO FÉRIAS EM DIAS ÚTEIS ................. 62

GRÁFICO 6.10 - DISTRIBUIÇÃO DO ERRO HORÁRIO EM ÉPOCA DE ARREFECIMENTO NO PERÍODO DE AULAS EM DIAS NÃO-ÚTEIS . 63

GRÁFICO 6.11 - DISTRIBUIÇÃO DO ERRO HORÁRIO EM ÉPOCA DE ARREFECIMENTO NO PERÍODO DE EXAMES EM DIAS NÃO-ÚTEIS

............................................................................................................................................................................................................. 64

GRÁFICO 6.12 - DISTRIBUIÇÃO DO ERRO HORÁRIO EM ÉPOCA DE ARREFECIMENTO NO PERÍODO DE EXAMES DE ÉPOCA ESPECIAL EM

DIAS NÃO-ÚTEIS ................................................................................................................................................................................. 64

GRÁFICO 6.13 - DISTRIBUIÇÃO DO ERRO HORÁRIO EM ÉPOCA DE ARREFECIMENTO NO PERÍODO DE FÉRIAS EM DIAS NÃO-ÚTEIS 65

GRÁFICO 6.14 - ERRO MÉDIO DIÁRIO DOS PERFIS DURANTE A ÉPOCA DE AQUECIMENTO ................................................................... 65

GRÁFICO 6.15 - DISTRIBUIÇÃO DO ERRO DIÁRIO EM DIAS ÚTEIS DO PERÍODO II DA ÉPOCA DE ARREFECIMENTO............................ 66

GRÁFICO 6.16 - DISTRIBUIÇÃO DO ERRO DIÁRIO EM DIAS ÚTEIS DO PERIODO I DA ÉPOCA DE ARREFECIMENTO ............................. 66

GRÁFICO 6.17 - DISTRIBUIÇÃO DO ERRO DIÁRIO EM DIAS ÚTEIS DO PERÍODO IV DA ÉPOCA DE ARREFECIMENTO .......................... 66

GRÁFICO 6.18 - DISTRIBUIÇÃO DO ERRO DIÁRIO EM DIAS ÚTEIS DO PERÍODO III DA ÉPOCA DE ARREFECIMENTO .......................... 66

GRÁFICO 6.19 - DISTRIBUIÇÃO DO ERRO DIÁRIO AOS SÁBADOS DO PERÍODO IV DA ÉPOCA DE ARREFECIMENTO ......................... 67

GRÁFICO 6.20 - DISTRIBUIÇÃO DO ERRO DIÁRIO AOS DOMINGOS DO PERÍODO IV DA ÉPOCA DE ARREFECIMENTO ...................... 67

GRÁFICO 6.21 - DISTRIBUIÇÃO DO ERRO DIÁRIO EM DIAS NÃO-ÚTEIS DOS PERÍODOS I, II E III DA ÉPOCA DE ARREFECIMENTO 67

GRÁFICO 6.22 - POTÊNCIA EM USO EM DIAS DE CONSUMO ATÍPICO EM JANEIRO ................................................................................. 68

GRÁFICO 6.23 – POTÊNCIA EM USO E CONSUMO PREVISTO NO DIA 16 DE MAIO DE 2015 ................................................................ 69

GRÁFICO 6.24 - POTÊNCIA EM USO E CONSUMO PREVISTO COM E SEM UTILIZAÇÃO DA CENTRAL DE “FRIO” NO DIA 19 DE AGOSTO

DE 2015 ............................................................................................................................................................................................. 70

GRÁFICO 6.25 - ERRO DIÁRIO PARA PERFIS PREVISTOS COM E SEM UTILIZAÇÃO DA CENTRAL DE 'FRIO' ........................................ 70

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x

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 2.1 - CIRCUITO BÁSICO DE REFRIGERAÇÃO ................................................................................................................................... 9

FIGURA 2.2 – CICLO IDEAL T-S DE UM REFRIGERANTE EM CIRCULAÇÃO NO SISTEMA ........................................................................... 9

FIGURA 2.3 – CICLO IDEAL P-H DE UM REFRIGERANTE EM CIRCULAÇÃO NO SISTEMA .......................................................................... 9

FIGURA 3.1 - ENTRADA NORTE DO EDIFÍCIO DO INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO NO TAGUSPARK ................................................... 18

FIGURA 3.2 - ESQUEMA DAS INSTALAÇÕES DE CLIMATIZAÇÃO DO TAGUSPARK ................................................................................... 19

FIGURA 3.3 - ESQUEMA DA CENTRAL DE ”FRIO” ..................................................................................................................................... 20

FIGURA 3.4 - MENU PRINCIPAL DO SISTEMA DE CONTROLO DA CLIMATIZAÇÃO ................................................................................. 21

FIGURA 3.5 - ESQUEMA DA CENTRAL EM FUNCIONAMENTO EM CADA CICLO ....................................................................................... 22

FIGURA 5.1 - ESQUEMA DE FUNCIONAMENTO DO PROGRAMA ............................................................................................................... 54

FIGURA 5.2 - EXEMPLO DE GRÁFICO DE SAÍDA DO DIA 13 DE OUTUBRO DE 2015 COM UTILIZAÇÃO DO CICLO DE EMERGÊNCIA .. 57

FIGURA 0.1 - MENU DO INTERFACE DE GESTÃO - "CENTRAL DE PRODUÇÃO: CHILLER" ................................................................... 79

FIGURA 0.2 - MENU DO INTERFACE DE GESTÃO - "CENTRAL DE PRODUÇÃO: BANCO DE GELO" ...................................................... 79

FIGURA 0.3 - MENU DO INTERFACE DE GESTÃO - "CENTRAL DE PRODUÇÃO: DISTRIBUIÇÃO".......................................................... 80

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xi

ACRÓNIMOS E SIMBOLOGIA

ASHRAE – American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers

AVAC - Aquecimento, Ventilação e Ar Condicionado

COP - Coefficient of Performance

EA - Evolutionary Algorithm

EP - Evolutionary Programming

GA - Genetic Algorithm

GD – Graus Dia

HSA - Harmony Search Algorithm

LNEG - Laboratório Nacional de Energia e Geologia

PMV - Predicted Mean Vote

PPD – Predicted Percentage of Dissatisfied

PSOA - Particle Swarm Optimization Algorithm

RECS - Regulamento de Desempenho Energético dos Edifício de comércio e Serviços

REH - Regulamento de Desempenho Energético dos Edifícios de Habitação

RSECE - Regulamento dos Sistemas Energéticos de climatização em Edifícios

SCE - Sistema de Certificação Energética

UPAR – Unidades Produtoras de Água Refrigerada

UTA – Unidade de Tratamento de Ar

𝐸ℎ - Erro Horário

𝐸𝑑 – Erro Diário

𝐸𝑚𝑑 – Erro Médio Diário

𝐸𝑚- Erro Mensal

GDarrefecimento – Graus Dia de Arrefecimento

GDaquecimento – Graus Dias de Aquecimento

𝑄𝑟𝑒𝑓 - Capacidade de Refrigeração

𝑇0 – Temperatura de Evaporação

𝑇𝑐 - Temperatura de Condensação

𝑇𝑏 - Temperatura Base

𝑇𝑚ℎ - Temperatura Média Horária

𝑇𝑚𝑑 - Temperatura Média

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1

1. INTRODUÇÃO

Motivação

Em Portugal, muito por força da conjuntura económica dos últimos anos e pela adoção de novas

medidas de eficiência e racionalização de energia, adotadas pelo País, tem-se vindo a assistir a uma redução

no consumo final de energia. No ano de 2012 face ao ano de 2011 houve uma redução de 5,71%, e 2,8 %

desta queda se deve à diminuição do consumo de eletricidade [1]. O Gráfico 1.1 ilustra o consumo de Energia

em Portugal por sector nos últimos anos e para além de confirmar uma descida no consumo geral de Energia

a partir de 2008 em termos absolutos, sobretudo no sector dos Transportes e da Construção, é visível uma

pequena descida no consumo no Sector dos Serviços, que em geral reflete o consumo em Edifícios. Estima-

se que esta descida está, em larga escala, relacionada com a implementação do Sistema de Certificação

Energética para edifícios (SCE)[2], que institui o Certificado Energético, incluindo uma lista de medidas que

promovem o aumento da performance energética desses edifícios, e o Regulamento dos Sistemas

Energéticos de Climatização em Edifícios (RSECE), em 2006, atualizado em 2013 pelo Regulamento de

Desempenho Energético dos Edifício de comércio e Serviços (RECS) [3].

Gráfico 1.1 - Evolução de Consumo de Energia em Portugal por sector [4][5][6][7][8][9]

0

2 000 000

4 000 000

6 000 000

8 000 000

10 000 000

12 000 000

14 000 000

16 000 000

18 000 000

20 000 000

2008 2009 2010 2011 2012 2013*

En

ergi

a [t

ep]

Consumo de Energia em Portugal

Transportes Industrias Sector Doméstico

Serviços Agricultura e Pescas Construção e Obras Públicas

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2

Apesar disto, mesmo tendo em conta esta descida acentuada do consumo de energia em todos os

sectores, no total de cerca de 17 % desde 2008, e ainda uma descida de cerca de 11 % no sector dos serviços,

em termos gerais houve um aumento do consumo no sector dos serviços face ao conjunto dos outros

sectores em 6 %, atribuindo muita importância à gestão do consumo de energia neste sector.

Um edifício com um sistema típico de Aquecimento, Ventilação e Ar Condicionado (AVAC) na União

Europeia consome em média 37% da energia total neste tipo de sistema [10]. Em Portugal, o Barómetro da

Eficiência Energética na Administração Pública, que engloba edifícios de organismos com administração

pública direta e indireta, edifícios que em geral apresentam uma gestão de energia organizada, o que pode

retirar a representatividade dos dados face ao panorama nacional na análise em questão já que isso indica

uma gestão da climatização otimizada, indica um valor de 40% da energia consumida nos edifícios é

destinada ao consumo de AVAC [11] como se vê no Gráfico 1.2, o que se traduz ainda, do ponto de vista da

gestão destes sistemas, numa margem apreciável de potencial poupança em energia.

Gráfico 1.2 - Tipo de Utilização da energia em edifícios na Administração Pública [11]

Assim sendo, tendo em vista a otimização das tarefas de controlo de sistemas AVAC, a utilização de

várias ferramentas de decisão que incluam conceitos chave como cargas térmicas, meteorologia e qualidade

do ar, têm sido amplamente estudadas [12]–[17], como será descrito em detalhe no Capítulo 2. Apesar disto,

poucas chegam a aplicar na prática os sistemas de controlo desenvolvidos e quando aplicados, os espaços

escolhidos apresentam pouca complexidade de utilização. Assim sendo, o desenvolvimento e aplicação de

um modelo de controlo de um sistema de climatização com vista à otimização do consumo de eletricidade

e redução do correspondente valor monetário e manutenção dos padrões de conforto térmico e qualidade

do ar inerentes à complexidade de um edifício de maiores dimensões, deverá contribuir para uma gestão

mais facilitada e automatizada por parte dos membros da gestão de edifícios de serviços. Dentro deste

âmbito, o método de previsão de consumos é parte integrante deste processo, e também amplamente

estudado, constituindo a base desta dissertação.

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3

Objetivos

A presente dissertação pretende o desenvolvimento de um modelo de previsão para um edifício de

serviços, centrando-se no funcionamento do edifício do campus do Instituto Superior Técnico no Taguspark

e na sua Central de “Frio”. A ferramenta pretende dar apoio à gestão da climatização do edifício, dando

ênfase à utilização feita da eletricidade por parte da central e dos seus principais componentes durante o

seu período de utilização, tendo em conta as limitações do sistema em si, e explorando os processos de

gestão do sistema de climatização ligados a vários componentes como os Chillers e o Banco de Gelo.

Assim sendo, o principal objetivo do trabalho será a apresentação de um modelo de previsão

empírico, com base em análises do histórico de consumos das instalações e a sua variação com uma variável

da envolvente e com características de funcionamento das próprias instalações, para além da validação

desse modelo, por forma a avaliar a sua adequação à estimação das necessidades térmicas do edifício.

Estrutura

Este trabalho está dividido em seis grandes capítulos:

O segundo capítulo faz a introdução do tema da climatização, abordando algumas questões técnicas

desta área, seguindo com uma pesquisa da utilização da modelação de sistemas de AVAC em diversos

estudos do género e uma compilação de várias abordagens ao tema da modelação, incluindo uma breve

análise às vantagens e desvantagens de cada uma.

O terceiro capítulo apresenta o caso em estudo, o seu enquadramento e as especificações do sistema

que se pretende modelar.

No quarto capítulo é feita toda a análise ao consumo das instalações, incluindo a dependência do

consumo de condições exteriores, emparelhando esta análise com informação apresentada no capítulo

anterior e evidenciando os parâmetros sob os quais os perfis irão estar dependentes.

O quinto capítulo apresenta os Perfis modelados e correspondentes parâmetros e a ferramenta de

cálculo dos perfis, tratando-se de um programa desenvolvido em Matlab.

No sexto capítulo é feita a validação do modelo apresentado no capítulo anterior com base nos

dados de 2015, com uma análise detalhada dos resultados.

No sétimo capítulo são apresentadas as conclusões do estudo realizado, apresentando propostas

de melhoria ao presente trabalho.

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4

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA E DE CONCEITOS

Climatização de Edifícios

Existem inúmeros fatores que intervêm no aumento e redução do consumo de um edifício, em

termos energéticos, associado aos aparelhos de climatização. Vários parâmetros contribuem para o

desempenho resultante dos sistemas de climatização de um edifício: a região em que o edifício se encontra

e a sua orientação; o comportamento da evolução das temperaturas e a sua variação ao longo do dia e do

ano, a quantidade de radiação incidente no edifício; o tipo e frequência de utilização por parte dos ocupantes

do espaço. Estes parâmetros atuam como solicitações ao sistema de climatização.

No seu dimensionamento, estas solicitações são referidas como cargas térmicas e utilizadas no

cálculo do desempenho térmico de edifícios, havendo vários decretos-lei dedicados a este tema. A aplicação

destes decretos-lei é feita por especialistas certificados pela ADENE, entidade fiscalizadora, através do

Sistema de Certificação Energética de Edifícios (SCE)[2][3], imponto o Regulamento de Desempenho

Energético dos Edifícios de Habitação (REH) e o Regulamento de Desempenho Energético dos Edifícios de

Comércio e Serviços (RECS). Este organismo, para além de assegurar o cumprimento da regulamentação

anterior, tem também de certificar o desempenho energético e a qualidade do ar interior em edifícios

abrangidos pelos sistema e identificar as medidas corretivas de desempenho nos edifícios e respetivos

sistemas de climatização.

Constituindo como principal objetivo de um sistema de climatização, simples ou complexo, o

conforto térmico dos ocupantes e a qualidade do ar do edifício, e tendo em conta a variedade de definições

possíveis para cada um destes tópicos - isto é, olhando a que as necessidades fisiológicas e psicológicas que

influenciam o comportamento do ocupante em relação ao conforto térmico e qualidade do ar são

influenciadas por inúmeros fatores - é imprescindível a definição do conceito de Conforto Térmico, por

forma a uniformizar e quantificar e relaciona-lo com os parâmetros que atuam o sistema de climatização.

Conforto Térmico

Inúmeros modelos e estudos foram desenvolvidos por forma a estabelecer parâmetros e regras

com o objetivo de definir o conforto térmico dos ocupantes e auxiliar o controlo de AVAC. Como explicado

pelo manual amplamente utilizado da ASHRAE [18], o principal propósito de uma instalação de AVAC é

proporcionar conforto térmico aos seus ocupantes pelo que o conforto térmico é uma peça chave na

simulação e controlo de sistemas de AVAC e tem grande influência no aumento de complexidade da gestão

destes sistemas.

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5

O conceito está implicitamente relacionado com a perceção mental do ser humano do que é o

conforto térmico. Este processo cognitivo é influenciado por vários parâmetros, tanto físicos e fisiológicos

como psicológicos. Apesar de depender de várias condições, alguma literatura sugere [19] que o conforto

térmico é percebido de forma uniforme entre seres humanos em condições semelhantes, mesmo no caso de

estes serem originários de regiões com condições climatéricas distintas. Os parâmetros que interferem com

o conforto térmico podem ser, em geral, catalogados da seguinte forma: ambientais (condições

meteorológicas) e ocupacionais (nível de ocupação, vestuário e nível metabólico) [20].

Dos modelos desenvolvidos é possível destacar duas abordagens diferentes ao tema. Uma das

abordagens passa pela caracterização física do espaço e das trocas entre o corpo e o espaço. Estes modelos

estabelecem escalas de conforto relacionando-as com as características do meio envolvente e as trocas

entre este e o ocupante do espaço. A norma ASHRAE standard 55 [21] é um exemplo deste tipo de

abordagem ao conforto térmico e utiliza a temperatura do meio, a temperatura média de radiação, a

velocidade do ar, a humidade relativa, a taxa metabólica dos ocupantes e o nível de vestuário. Apesar de ser

considerada uma regra standard na análise térmica de edifícios, este tipo de abordagem tem diversas

lacunas: não considera variações comportamentais e a capacidade de adaptação a diferentes ambientes

térmicos dos ocupantes [20]. Regra geral, as recomendações das normas ASHRAE referentes ao conforto

térmico, associadas sobretudo à fase de projeto, originam uma gestão mais conservadora, havendo espaço

para um aumento de eficiência da gestão. Esta norma utiliza o Predicted Mean Vote, ou Modelo PMV,

desenvolvida por Fanger[19], que foi adotada também pela norma ISO 7730[22], como índice de sensação

térmica que prevê a média dos votos [Tabela 2.1] de uma grande população de utilizadores através das

condições de variáveis físicas do espaço e do utilizador.

Valor Sensação Térmica

-3 Muito Frio

-2 Frio

-1 Frio Ligeiro

0 Neutralidade

+1 Calor Ligeiro

+2 Calor Ligeiro

+3 Muito Calor Tabela 2.1 - Avaliação do Modelo PMV [22]

A Predicted Percentage of Dissatisfied, ou PPD, está relacionado com o Modelo PMV na medida em

que quantifica a quantidade de pessoas termicamente desconfortáveis utilizando o valor do PMV,

abordando a questão do valor do PMV representar uma média do conforto e quantificando os extremos

[Gráfico 2.1].

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6

Gráfico 2.1 - Índice PPD [22]

Gráfico 2.2 - Limites de aceitabilidade ao desconforto [21]

A outra abordagem é a dos modelos adaptativos. Geralmente, estes modelos assentam na premissa

da existência de uma gama aceitável de conforto térmico em que o ser humano se adapta e ativamente

contribui para o seu conforto, é feita uma parametrização com base na adaptabilidade através de vários

fatores: a mudança de vestuário ou a tomada de atitudes relativas ao próprio sistema de climatização, como

a mudança de set-points, a resposta fisiológica do organismo do ocupante a mudanças no ambiente exterior

e a resposta psicológica condicionada por experiências sensoriais anteriores. A norma ASHRAE standard 55

[21] estabelece limites de aceitabilidade de desconforto para esta abordagem [Gráfico 2.2] consoante uma

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7

temperatura média mensal exterior e uma temperatura operativa interior1, indicando que não deve existir

qualquer tipo de ventilação mecânica, já que esta abordagem deve ser seguida em espaços com janelas ou

outro tipo de ventilação natural.

Outra vertente desta abordagem passa pela adaptação da climatização a um perfil de conforto dos

ocupantes, tendo este perfil, sido construído a partir de levantamentos junto dos ocupantes do espaço [20],

[23]. Esta abordagem permite o foco indireto sobre a variação do estado do tempo, do nível de vestuário,

da atividade ou estado psicológico dos ocupantes.

Controlo e Qualidade do Ar Interior

A Qualidade do Ar Interior tem como ponto central os parâmetros que caracterizam a qualidade do

ar no interior de edifícios e está frequentemente relacionada com a climatização do espaço. Deve falar-se

em Qualidade do Ar Interior quando existe algum modo de controlo destes parâmetros de modo a estarem

dentro de gamas aceitáveis para determinada designação de qualidade de ar. Assim sendo, só poderá fazer

sentido falar de qualidade do ar nos casos em que existe insuflação de ar novo no espaço e um certo nível

de filtragem do mesmo [24]. Os principais parâmetros que influenciam a qualidade do ar interior são a

temperatura, humidade e velocidade do ar, o nível de partículas, as concentrações de gases e vapores e o

tipo de micro-organismos existentes, pelo que a utilização de sensores para a regulação e controlo destes

parâmetros é essencial e pode diminuir o consumo relacionado com a climatização em mais de 40% [24].

Cargas Térmicas

Ao dimensionar um sistema de climatização de um edifício, seja centralizado ou localizado, as

cargas térmicas são a componente mais importante a ser calculada, já que representam a solicitação com

mais impacto no sistema e estão relacionados diretamente com a utilização diária do mesmo. Estes sistemas

de climatização pretendem remover ou tornar menos percetível ao ambiente dentro da instalação as cargas

térmicas do espaço e a sua variação. Estas cargas térmicas podem ser caracterizadas por tipos de origem:

Cargas Térmicas Exteriores, resultantes das condições de temperatura e humidade

exteriores ao espaço e que, por força do fluxo de calor e massa entre o interior e exterior,

impõem-se no espaço a climatizar.

Cargas Térmicas Interiores, que dependem das condições de funcionamento do edifício e

a sua utilização. As principais origens são o calor proveniente da iluminação e aparelhos

elétricos e pelo metabolismo de cada ocupante do espaço.

1 Temperatura Operativa Interior é a temperatura de um espaço com características de corpo negro, uniformemente isotérmico em que o seu ocupante troca a mesma quantidade de calor por radiação e convecção que um ocupante num ambiente não uniforme.

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8

Outras Cargas Térmicas, que podem não ser incluídas nas duas categorias anteriores, como

as cargas resultantes das máquinas do próprio sistema de climatização, isto é, bombas e

ventiladores próximos do espaço ou tubagens do sistema que atravessem o edifício

climatizado.

Chillers ou UPAR

As Unidades Produtoras de Água Refrigerada, UPAR, ou mais comummente conhecidos como

Chillers, são como o nome indica, unidades produtoras de água refrigerada. Funcionam com base num ciclo

frigorífico e servem geralmente os espaços climatizados integrados num sistema centralizado, existindo

posteriormente um sistema de distribuição do ar refrigerado. Este ciclo frigorífico está assente em

princípios da termodinâmica em que se dá a transferência de energia térmica de um meio para outro. Para

tal, é recorrente a utilização dos conceitos de fonte fria e fonte quente, sendo a primeira a que transmite

calor ao sistema, e a segunda a que recebe havendo, por isso, um meio de transporte de energia, em geral

um fluido refrigerante, que atravessa cada componente do sistema e recebe os estímulos de cada um.

Neste funcionamento existem vários componentes-base, o compressor, o condensador, o

evaporador e o mecanismo de expansão. A fonte fria atravessa o evaporador arrefecendo, a fonte quente

atravessa o condensador para retirar calor do fluido circulante, aquecendo. Do prisma do fluido refrigerante

circulante, a fonte fria cede calor, enquanto a fonte quente recebe, existindo um compressor entre os dois

processos que repõem energia no ciclo e um mecanismo de expansão, podendo este ser uma válvula, que

Figura 2.1- Circuito Básico de Refrigeração

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9

alivia a pressão acumulada no líquido, como é possível ver na Figura 2.2, representando um circuito básico

de refrigeração, e na Figura 2.2 e Figura 2.3 com os ciclos ideais de P-h e T-s de um refrigerante.

𝐶𝑂𝑃 =𝑄𝑟𝑒𝑓

𝑃𝑐

=𝑇0

𝑇𝑐 − 𝑇0

(1)

A eficiência de circuitos de refrigeração é calculada com base no COP, Coefficient of Performance,

que indica a quantidade de energia que se produziu face à que se utilizou. Esta eficiência pode apresentar

valores acima dos 5, consoante a carga térmica associada aos fluidos participantes do sistema.

Depósitos de Acumulação

As necessidades de energia de um sistema AVAC podem variar diária, semanal ou anualmente

consoante as necessidades térmicas do edifício em que o sistema se encontra instalado. Os custos associados

a estas variações podem ser manipulados com o auxílio de um sistema de acumulação de energia, havendo

uma transferência de picos de consumo associados à produção de energia térmica para alturas do dia mais

vantajosas, tanto ao nível da capacidade dos sistemas de climatização como ao nível do custo da eletricidade.

Apesar do potencial na diminuição dos custos associados ao consumo de energia, não existe uma

poupança de energia, pelo contrário, existe em geral um aumento de perdas pelo sistema de acumulação

Figura 2.1 - Circuito Básico de Refrigeração

Figura 2.3 – Ciclo Ideal P-h de um Refrigerante em circulação no sistema

Figura 2.2 – Ciclo Ideal T-s de um Refrigerante em circulação no sistema

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10

em si e um aumento de consumo relacionado com as temperaturas de trabalho do acumulador, pelo que

uma gestão menos cuidada pode levar a uma menor eficiência do sistema [25]. Considerando o aumento de

complexidade de uma instalação de AVAC com a utilização de um acumulador de energia, um planeamento

adequado do funcionamento é essencial no aproveitamento das potencialidades deste tipo de instalações.

A acumulação de energia no âmbito da climatização pode dar-se com vista o aproveitamento de

recursos de “frio” ou calor. A acumulação de calor é vantajosa quando há armazenamento em grandes

quantidades originando um sistema com elevada inércia, não sendo necessária a utilização de geradores,

implicando a existência de depósitos de grandes dimensões. Assim sendo, o armazenamento de “frio” é mais

usual e pode ser feito sob a forma de transferência de energia entre um fluido refrigerante, que circula pelo

circuito de refrigeração que passa dentro do acumulador, e a água que se encontra dentro deste, ou efetuar

a formação de gelo direta a partir do evaporador. Este tipo de armazenamento é comumente referido como

Banco de Gelo.

Os bancos de gelo são, tipicamente, utilizados em edifícios a partir de certas dimensões e

necessidades térmicas. Sanaye [25] faz um estudo à utilização de um banco de gelo num centro comercial

na fase de projeção da instalação de climatização, concluindo que a utilização deste em conjunto com um

algoritmo de otimização (Algoritmo Genético) reduz o consumo de energia elétrica em 10,9 %, quando

comparado com uma instalação convencional, com um tempo de recuperação de 3,39 anos e ainda uma

redução no consumo de CO2. Esta redução de CO2 está relacionada com a diminuição de utilização de

combustíveis-fosseis na produção de energia a ser utilizada em picos de consumos [26].

Gráfico 2.3 - Evolução da capacidade de refrigeração e potência do circuito de um Chiller com as temperaturas de funcionamento do condensador e evaporador [27]

A base de funcionamento de um banco de gelo assenta em duas fases: o carregamento, em que o

banco é preenchido com a carga térmica gerada pelo Chiller, e o descarregamento, em que a carga térmica

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11

acumulada no banco de gelo é fornecida ao espaço a ser climatizado em alturas de maior necessidade

térmica. Durante o período de carregamento, o Chiller funciona a temperaturas mais baixas que o seu set-

point regular [24]. A Gráfico 2.3 apresenta a evolução da capacidade de refrigeração e potência do circuito

de um Chiller com as temperaturas de funcionamento, tanto do condensador como do evaporador. Com o

auxílio da fórmula (1) é possível chegar à conclusão que, para o exemplo das curvas apresentadas, quando

as temperaturas de funcionamento do evaporador baixam, a capacidade de refrigeração diminui muito mais

do que aumenta com a diminuição da temperatura do condensador. Aliando isto a uma ligeira diminuição

da potência do compressor, pode resultar uma diminuição do COP com os set-points de temperatura do

Chiller, o que prejudica a eficiência do processo de carga do banco de gelo. De modo a que tal não se

verifique, terá de existir um dimensionamento do Chiller levando em conta a existência de um banco de gelo

e os seus diferentes ciclos de funcionamento.

Graus Dia

O conceito de Graus-dia é uma forma versátil de avaliação de necessidades energéticas de um

edifício. Pode ter por base apenas as variações de temperatura exterior, simplificando o cálculo. Apesar

disso, e por ser um cálculo tão simples, exclui parâmetros importantes no conforto térmico e climatização

em geral, como a humidade relativa, a radiação solar ou o vento, o que deixa os resultados suscetíveis de

interpretação devendo servir de referência em problemas simples.

Existem várias formas de se efetuar este cálculo na literatura. Borah et al [28] apresenta várias

alternativas, entre elas, um método horário e o método recomendado melo manual ASHRAE. O método

horário utiliza uma média da diferença entre a temperatura média horária (Tmh) e a base (Tb) ao longo de

todo o dia e o segundo utiliza a diferença entre a temperatura média do dia (Tmd) e a base, para períodos em

que se verificam necessidades de aquecimento ou arrefecimento do edifício.

𝐺𝐷𝑎𝑞𝑢𝑒𝑐 = ∑(𝑇𝑏 − 𝑇𝑚ℎ)

24

𝑖=1

÷ 24 (2)

𝐺𝐷𝑎𝑟𝑟𝑒𝑓 = ∑(𝑇𝑚ℎ − 𝑇𝑏)

24

𝑖=1

÷ 24 (3)

𝐺𝐷 = ±(𝑇𝑏 − 𝑇𝑚𝑑) (4)

(+) 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑎𝑞𝑢𝑒𝑐𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜, (−) 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑎𝑟𝑟𝑒𝑓𝑒𝑐𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜

Uma razão para a utilização da análise graus-dia é a facilidade de manipulação com a utilização do

método apontado. Depois do cálculo diário efetuado, o resultado pode ser somado de forma a obter a

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12

contagem mensal ou anual, fornecendo uma fonte de comparação direta entre meses e anos. Contudo este

método despreza uma componente que pode ser muito relevante neste cálculo, os Ganhos Solares,

particularmente importante em dias do período de arrefecimento.

O método com base em ganhos solares pretende quantificar o aquecimento do edifício provocado

pela radiação solar e depende de diversos parâmetros como o ângulo de incidência solar, a posição das

janelas e fachadas do edifício e a sua composição e a quantidade de radiação incidente durante o dia,

constituindo um problema em sistemas de previsão que impliquem a quantificação de graus dia numa base

em tempo real, devido à sua complexidade e quantidade de parâmetros a obter.

Em Portugal, a contagem dos graus dia está associado a uma contagem média entre zonas. Um

estudo efetuado pelo Laboratório Nacional de Energia e Geologia (LNEG) [29] que, entre outras coisas, fez

a contagem de graus dia das várias zonas e a sua variação com altitude, é determinado um ano

meteorológico nacional. A definição utilizada por este estudo para graus-dia de aquecimento e

arrefecimento em Portugal é relativamente clara. A época de aquecimento, ou seja, em que existe

necessidade de produção de aquecimento no que respeita à climatização, “tem início no primeiro decêndio2

posterior a 1 de Outubro em que a temperatura média diária é inferior a 15°C e tem termo no último decêndio

anterior a 31 de Maio em que a referida temperatura ainda é inferior a 15°C”. Isto não condiciona a existência

de graus-dia de arrefecimento em época de aquecimento e vice-versa nem a revisão da altura que

consideramos como época de Aquecimento ou Arrefecimento, mas representa uma boa estimativa. Assim

sendo, é importante uma boa preparação sobre as intervenções durante os meses de Maio e Outubro,

relacionada com as necessidades energéticas do edifício.

Temperatura Base

Para a utilização adequada do cálculo dos graus-dia é essencial a escolha mais acertada das

temperaturas base. Como é possível perceber a partir da equação (3), quanto mais elevada é a temperatura

base, menor é a necessidade energética de arrefecimento e quanto mais baixa é a temperatura base menor

é a necessidade energética de aquecimento. Estando Portugal sujeito a um gradiente de temperatura

elevado ao longo do ano, é normal haver uma temperatura base para a época de aquecimento e outra para

a época de arrefecimento. Esta temperatura representa a fronteira a partir da qual as necessidades

energéticas acabam.

Limitações

Este método de cálculo de necessidades energéticas apresenta várias limitações. A humidade

relativa, a radiação solar e a velocidade e intensidade do vento são três parâmetros que podem variar

consideravelmente o conforto térmico, item essencial no controlo de um sistema de climatização. Assim

sendo, considerar apenas a temperatura média ao longo de todo o dia, quando por exemplo os utilizadores

2 Decêndio - Período de dez dias

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13

do espaço apenas o utilizam das 9 às 18 horas, introduz erros grosseiros na avaliação da carga térmica

exterior a eliminar pelo sistema de Climatização. O resultado é uma representação menos próxima da

realidade dos graus-dia relevantes para a avaliação das necessidades térmicas do edifício.

Modelação e Algoritmos de Decisão

A área de modelação e controlo de sistemas de AVAC foi, até os dias de hoje, amplamente estudada.

A abordagem deste tema pode ser feita de diversas maneiras, tanto a nível logístico do próprio sistema

AVAC, como melhorando o controlo do sistema já implementado. Por isso, a construção da base de um

modelo preciso no cálculo de consumos da instalação, otimizando parâmetros de controlo, é essencial. Para

o desenvolvimento deste modelo é em geral adotado um modelo físico ou empírico que, em conjunto com

um algoritmo de otimização do modelo, prevê o comportamento do sistema, havendo a partir daí a definição

entre parâmetros de controlo que sirvam de referência na otimização desse sistema, consoante o problema

tratado.

Modelos Físicos

Os modelos físicos têm por base a documentação de toda a estrutura física do edifício, do sistema

de climatização e a sua envolvente. Estes modelos são frequentemente manuseados a partir de programas

como o EnergyPlus, TRACE 700 e o TRNSYS, ou mesmo o Simulink no Matlab, que têm por base os princípios

físicos e matemáticos da Termodinâmica. Kim et al [14] utiliza o método de Bayesian Markov chain Monte

Carlo (abordagem estocástica de decisão) para a simulação da configuração de menor custo de

construção/consumo de energia de um edifício climatizado, tendo este sido modelado em EnergyPlus 6.0. O

Genetic Algorithm (GA) [15] é utilizado por Congradac como método de otimização inspirado na teoria de

evolução Darwinista e, conjuntamente com um modelo realizado na ferramenta do Matlab, ‘Simulink’, usa a

concentração de CO2 como critério de otimização conseguindo uma redução no consumo de energia de 21%.

Fong et al. utiliza Evolutionary Programming (EP), e também um modelo físico convencional para a

modelação do sistema, focando-se nas temperaturas de referência (set-points) de saída do Chiller e da

entrada de ar na sala em estudo, e propondo um reset mensal para estes set-points. A redução no consumo

final com esta abordagem foi de cerca de 7% [13]. A Tabela 2.2 faz o resumo da bibliografia analisada sobre

modelação com base em princípios físicos e os algoritmos de decisão abordados.

Modelos Empíricos

Têm surgido vários estudos em que o modelo não é físico mas conseguido a partir de correlações

formuladas com base em informação da instalação, o chamado modelo empírico (data-driving). Esta

abordagem tem conseguido produzir modelos muito precisos, e perfeitamente adaptados a cada caso

específico, com muito menos tempo de computação implícito no processo de simulação.

Page 26: Sistema Inteligente de Gestão de Funcionamento do Sistema de … · Sistema Inteligente de Gestão de Funcionamento do Sistema de AVAC no campus do IST-Taguspark Sara Alexandra Guedes

14

[14] [15] [12] [13] [30] [20] [25] [31]

Autor Kim Congradac Beghi Fong Gharam

ani Sanay Pantelic

Tem

a

Sistemas de Armazenamento de "Frio"

Qualidade do Ar Interior

Conforto Térmico

Modelação

Algoritmo

Ed

ifíc

io

Residencial N/A3

Comercial

Até 10 kW

De 10 kW a 100kW De 100 kW a 1000

kW

Mais de 1000 kW

Oti

miz

ação

Algoritmo

Estocástica

Outro

GA

PSOA

EP

REA

Função

Custo construção

N/A4

Consumo parcial

energia

Custo energia Consumo Total de

Energia

Conforto Térmico

Risco de Infeção

Eficiência Exergética

Parâmetro

Todos parâmetros de controlo

N/A5

N/A 6

Temperatura de saída de UTA

Temperatura de Saída do Chiller

Concentração de Co2 Caudal de ar de saída

de UTA

Tabela 2.2 - Resumo da Modelação Física e Algoritmos

Kusiak et al desenvolve um extenso trabalho no que toca à modelação de sistemas AVAC utilizando

uma abordagem com modelos empíricos, modelos estes baseados em resultados obtidos por algoritmos de

aprendizagem [16][17][32]. Esta aprendizagem advém de um histórico de dados do edifício em estudo e

compreende a escolha de parâmetros de controlo para a otimização do modelo. Neste caso, Kusiak et al.

3 Sem dimensão do espaço em estudo disponível 4 Análise de perfis de Conforto Térmico 5 Escolha entre duas instalações 6 Comparação entre 3 tipos de gestão

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15

utiliza o Particle Swarm Optimization Algorithm (PSOA) [17] e EP [16] como ferramentas de decisão, que

são utilizadas conjuntamente com duas variáveis de controlo, a temperatura e pressão estática de saída da

conduta da zona analisada.

West desenvolve um sistema integrado de aprendizagem de dados que, utilizando consumos da

instalação, previsões do estado do tempo e set-points de temperaturas, prevê a configuração de set-points

de temperaturas com menores custos, emissões de CO2 e melhor zona de conforto possível [23].

[23] [33] [17] [34] [16]

Autor West He Kusiak

Tem

a

Sistemas de Armazenamento de "Frio"

Qualidade do Ar Interior

Conforto Térmico

Modelação

Algoritmo

Ed

ifíc

io

Residencial

Comercial

Até 10 kW

De 10 kW a 100kW

De 100 kW a 1000 kW

Mais de 1000 kW

Oti

miz

ação

Algoritmo

Estocástica

PSO

EP

EA

HS

Função

Custo construção

Consumo parcial energia

Custo energia

Consumo Total de Energia

Conforto Térmico

Emissões

Taxa de variação de Temperatura Risco de Infeção

Eficiência Exergética

Parâmetro

Todos parâmetros de controlo

Pressão de saída de UTA

Temperatura de saída de UTA

Temperatura de Saída do Chiller

Concentração de Co2

Caudal de ar de saída de UTA Tabela 2.3 - Resumo da Modelação Empírica e Algoritmos

He et al. [33] faz uso de modelos conseguidos com análise do histórico de dados de um edifício

comercial, comparando os resultados obtidos com as ferramentas de decisão, Evolutionary Algorithm

(relacionado com EP), PSOA e Harmony Search Algorithm (HSA) e, resolvendo o problema de otimização

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16

com a redução do consumo de energia e da taxa média de variação de temperatura no espaço a partir do

controlo dos set-points, a temperatura e pressão estática do ar fornecido ao espaço, conclui que tanto PSOA

e HSA são boas ferramentas para um acompanhamento em tempo real pela sua rapidez e qualidade de

soluções. Sendo a escolha das funções de otimização uma questão importante no controlo e utilização de

modelos empíricos, é de se salientar a utilização recorrente de algoritmos Multi-objective, ou seja, a

utilização de várias funções objetivo e de várias variáveis de controlo, e não a utilização de uma ou duas,

verificando-se nos estudos em que foi aplicado, um aumento considerável de poupança do sistema, face ao

convencional.

PSOA [17] e EP [16][13] são dois dos algoritmos utilizados para a otimização da modelação de

sistemas de AVAC nos estudos consultados que, utilizados em conjunto com o algoritmo Multi-objective e

uma abordagem data-driving, atingem reduções de consumo energético de 30% e 21,4%, respetivamente,

sem comprometerem o conforto térmico geral dos ocupantes, segundo os critérios aplicados em cada um

dos estudos.

A Tabela 2.3 faz o resumo dos estudos encontrados sobre o tema. Ao comparar a Tabela 2.2 com a

Tabela 2.3, é possível verificar que em geral, os estudos que optam por modelos empíricos são mais

direcionados para edifícios residenciais, menores ou com consumos mais baixos e, consequentemente

utilizam parâmetros e funções de controlo mais locais à zona a climatizar, como a temperatura e pressão de

saída das UTA’s e o consumo de energia e o conforto térmico do local, enquanto abordagens com base em

simulações, apesar de também utilizarem este tipo de parâmetros e funções, tendem a serem aplicadas em

edifícios de maior dimensão e complexidade de controlo. Apesar disto, vários autores referem que o método

também será adequado a análises de sistemas maiores e mais complexos [33] [16], já que o tempo de

computação associado a modelos físicos tende a aumentar com a complexidade do modelo, tempo este que

é sempre muito superior ao tempo de uma simulação com modelos empíricos, que já não apresentam a

mesma evolução com a complexidade do sistema. Por isso, nesta tese, vai testar-se o desenvolvimento de

um modelo empírico para um edifício de serviços e validar a sua adequação à estimação das necessidades

térmicas do edifício.

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17

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18

3. CASO DE ESTUDO

Campus Taguspark

O início das atividades do Instituto Superior Técnico no parque de ciências e tecnologias do

Taguspark em Oeiras deu-se em 2001, com o objetivo de ampliar o campo de interseção entre a

universidade e a Indústria. O campus compreende uma área de 19.380 m2 e atualmente tem em

funcionamento 4 Licenciaturas e 4 Mestrados. Este é por isso um edifício essencialmente de utilização

semelhante à de um edifício de serviços.

Figura 3.1 - Entrada Norte do edifício do Instituto Superior Técnico no Taguspark

Central de “Frio”

O sistema de climatização utilizado no campus Taguspark tem o nível de complexidade que se

esperaria de um edifício com as dimensões e variedade de utilizações e condições de funcionamento que

ele apresenta.

As necessidades de arrefecimento do Edifício são asseguradas pela Central de “Frio”, que está

integrada num sistema centralizado de gestão, encontrando-se as suas instalações físicas fora do edifício. A

ligação da central de frio com o edifício é feita por um sistema a dois tubos, um de ida para o edifício e outro

de retorno, que percorrem os primeiros dois blocos do edifício. Tendo o edifício sido construído por blocos,

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19

nos blocos mais recentes foi tomada a opção de incluir um sistema a quatro tubos, atribuindo a capacidade

às instalações da utilização de “quente” e “frio” em simultâneo, o que não acontece com o sistema com duas

vias. A água refrigerada vinda da central é direcionada para ser utilizada nas UTA’s e ventiloconvectores,

distribuídos pelos 4 pisos do edifício.

O Esquema da Central de Frio é apresentado na Figura 3.3 e a Tabela 3.1 apresenta os seus

principais componentes. O funcionamento da Central de “Frio” tem como base dois Chillers, o AA1 e AA2. Os

dois Chillers fornecem mais ou menos potência de refrigeração consoante as necessidades do sistema. Os

set-points de projeto são os -3 e -8 °C quando o sistema se encontra em carga da solução de armazenamento

de energia frigorífica e de 7 e 12 °C no resto dos ciclos de funcionamento, podendo estes set-points ser

alterados apenas localmente na Central. Quanto à solução de armazenamento de energia, o Banco de Gelo,

em conjunto com os Chillers, assegura o fornecimento de água refrigerada no período de Arrefecimento.

Neste mecanismo atuam diversos tipos de válvulas motorizadas, cujas suas posições consoante o modo de

operação do momento na Central se encontram na Tabela 3.2, no controlo e gestão do funcionamento da

Central de “Frio”.

Central de “Frio”

Edifício Taguspark

Figura 3.2 - Esquema das Instalações de Climatização do Taguspark

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20

Equipamentos Designação Observação

Banco de Gelo BG Capacidade de armazenagem total de 3674 kWh

Chillers AA1 e AA2 Capacidade nominal de 302 kW cada

Válvulas

VM AA1 e AA2 Válvula de Controlo do Chiller AA1 e AA2

V1, V2, V3, V4 Válvula de controlo de Ciclos

VMC Válvula 3 picos de Modulação

Bombas

BPF1, BPF2 e BPF3 Bombagem para os Chillers

BBG1, BBG2 e BBG3 Bombagem de bypass dos Chillers

BPP1, BPP2 e BPP3 Bombagem de chegada do Secundário

BSF1, BSF2 e BSF3 Bombagem de ida do Secundário

Permutadores PP1 e PP2

Tabela 3.1 - Principais equipamentos da Central de "Frio"

O secundário cruza-se com o primário nos dois permutadores de placas PP1 e PP2 existentes na

instalação, ponto em que é transferida a carga térmica retirada pelo circuito de água ao edifício. Não há pois

mistura entre os dois fluidos.

Para além destes aparelhos várias bombas asseguram a circulação e contrariam o ganho de inércia

nas tubagens, à entrada e saída da Central tanto no circuito de água glicolado, nas entradas dos Chillers e

Banco de Gelo, como no circuito do secundário à entrada e saída dos permutadores.

Primário Secundário

AA2

AA1

BPF

BBG

PP1

PP2

Figura 3.3 - Esquema da Central de ”Frio”

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21

Os componentes do circuito principal do Primário, que são circulados por água glicolada. Por causa

disto, existe um sistema de doseamento de água glicolada, posterior à entrada de água vinda da rede de

distribuição.

Uma válvula de três vias (VMC) localizada à saída dos permutadores, a partir do set-point de

temperatura da água de retorno inserido no sistema de gestão, aumenta ou diminuí o caudal a circular no

primário de modo a adequar este aos set-points definidos. De um modo geral, a válvula irá reagir da seguinte

forma:

Se o edifício estiver a pedir mais carga, aumentando a temperatura da água de retorno aos

permutadores, o Chiller se não estiver em operação é ligado, aumentando também a potência de

refrigeração da Central. Assim que a temperatura da água de retorno se aproximar do ponto de referência,

a válvula de três vias ajusta o caudal vindo do Chiller, neste caso reduzindo-o, na medida em que a

temperatura no retorno corresponda ao set-point definido.

Esta válvula também permite estabelecer uma segurança em relação à temperatura da água da

rede, assegurando um patamar de temperatura de modo a não permitir o congelamento desta e os

consequentes danos causados aos permutadores se tal acontecesse.

Gestão das instalações de AVAC

Figura 3.4 - Menu Principal do Sistema de Controlo da Climatização

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22

A gestão das instalações da Central de “Frio” é assegurada por um sistema de gestão centralizado

que controla a maioria das operações na Central. Entre todas as situações geridas por este sistema, é de

particular interesse a gestão que é feita do circuito do Banco de Gelo e dos Chillers (esquema do primário).

Existem 4 ciclos de funcionamento possíveis, cujo esquema é apresentado na Figura 3.5 e a posição das

válvulas na Tabela 3.2:

Ciclo Noturno, em que há o carregamento do Banco de Gelo pelos Chillers que se processa

fora de horas de funcionamento. Durante este ciclo os Chillers têm as temperaturas de

funcionamento de -8 e -3°C. Não há consumo de água refrigerada pelo edifício.

Ciclo Diário com consumo Intenso, em que há descarga do Banco de Gelo apoiado pelos

Chillers, que se encontram em funcionamento às temperaturas de 12 e 7°C.

Ciclo Diário com consumo Médio, em que a refrigeração é assegurada apenas pelo Banco

de Gelo.

Ciclo Diário de Emergência, em que apenas os Chillers se encontram em funcionamento

às temperaturas de 12 e 7 °C.

O ciclo de funcionamento da Central é definido antecipadamente e inserido no sistema de gestão da

Central juntamente com um horário de funcionamento para o ciclo, tornando o processo de mudança de

Ciclo Noturno Ciclo Diário com Consumo Intenso

Ciclo Diário com Consumo Médio Ciclo de Emergência

Figura 3.5 - Esquema da Central em funcionamento em cada Ciclo

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23

ciclo automático. No início de cada ciclo a posição de todas as válvulas motorizadas é ajustada

automaticamente segundo a Tabela 3.2, sendo seguidas pelo acionamento das bombas de circulação da

Central, dependendo também estas do ciclo acionado.

Ciclo de Funcionamento

VM AA1 VM AA2 V1 V2 V3 V4 VMC

Ciclo Noturno Aberta Aberta Aberta Fechada Aberta Fechada Fechada

Ciclo Diário Com Consumo

Intenso Aberta Aberta Fechada Aberta Fechada Aberta Modulação

Ciclo Diário Com Consumo

Médio Fechada Fechada Fechada Fechada Fechada Aberta Modulação

Ciclo de Emergência

Aberta Aberta Fechada Aberta Fechada Aberta Modulação

Tabela 3.2 – Posição das Válvulas Motorizadas em cada Ciclo de Funcionamento

O sistema da gestão do Central tem como base três menus que são acedidos pelo menu principal

[Figura 3.4]: “Central de Produção – Chillers”, “Central de Produção – Banco de Gelo” e “Distribuição”

(ANEXO A). Em época de arrefecimento, assim que a Central entra em funcionamento inicia-se a sequência

de ciclos diários. Estes ciclos estão organizados por ciclos de carga e descarga, sendo o Ciclo Noturno de

carga, o Ciclo Diário de Consumo Médio e o Ciclo de Consumo Diário Intenso de descarga. O Ciclo de

Emergência acontece caso haja alguma avaria ou emergência na Central. Assim que termina o período de

carga e se inicia o período de descarga, o ciclo em funcionamento é o Ciclo Diário de Consumo Médio.

Quando as reservas do banco de gelo atingem os 30%, os Chillers entram em funcionamento, passando-se

ao circuito descrito no Ciclo Diário com consumo Intenso. Se as reservas do Banco ultrapassarem os 15%,

passa-se ao circuito do Ciclo de Emergência, assumindo os Chillers a produção de água refrigerada. Durante

uma parcela da época de Arrefecimento do ano de 2014, desde meio do mês de Setembro e durante o mês

de Outubro, a Central de “Frio” funcionou apenas em ciclo de emergência devido a uma avaria do banco de

gelo.

O início e fim de funcionamento da Central de “Frio” é um ponto relativamente sensível na gestão

da Central. Pô-la em funcionamento demasiado cedo significa perda de eficiência na produção de água

refrigerada. Adiar demasiado a sua ativação pode resultar em desconforto dos utilizadores do espaço e

climatização deficiente no edifício. Para além disto, tendo em mente que a ativação da Central é feita na

própria Central e não remotamente como o resto da gestão, não é prático nem razoável ativar a Central por

períodos de tempo reduzidos. Por causa disto a gestão do edifício tenta seguir um procedimento para a

ativação e desativação da Central:

A Ativação dos sistemas de arrefecimento dá-se quando a temperatura exterior se mantém

acima dos 27 °C por mais de 3 dias e a temperatura dos espaços interiores esteja acima dos

25 °C.

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24

A Desativação dos sistemas de arrefecimento dá-se quando a temperatura exterior se

mantém abaixo dos 25 °C por mais de 3 dias e a temperatura dos espaços interiores esteja

abaixo dos 25 °C.

Este sistema implica uma monitorização das temperaturas interiores e exteriores diárias em

alturas sensíveis. Para além disso é importante ressaltar que durante dias não-úteis a central encontra-se

em standby, ou seja, não há nenhum ciclo a decorrer, e é ligada caso haja alguma atividade fora do vulgar

nas instalações que o necessitem, a pedido da gestão local do edifício.

A gestão da utilização das UTA’s e ventiloconvectores é feita pela equipa de gestão local consoante

as necessidades, pelo que se considera a sua utilização e consumo associado irá ser muito dependente das

atividades a decorrer no edifício como exames, aulas e outras atividades.

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25

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26

4. ANÁLISE DO CONSUMO

Nesta secção é feita a análise dos consumos de energia do edifício do Taguspark do IST, que servirão

de referência na elaboração de um modelo empírico do consumo do edifício no período de aquecimento.

O ano considerado para a análise é o de 2014, já que é aquele em que foi possível obter o maior

nível de detalhe tanto em relação ao consumo como às decisões relativas ao sistema de gestão do edifício.

Sendo o consumo de eletricidade uma variável de avaliação complexa, dependendo de inúmeros fatores da

instalação, é necessária a subdivisão do consumo nas parcelas referidas no parágrafo seguinte. Para além

disso, e como o que se pretende é um modelo simplificado, é sugerida uma subdivisão mais óbvia

relativamente ao tipo de consumo, em categorias que tornem a previsão do consumo mais fácil segundo

esta abordagem.

O objetivo da Central de “Frio” é a remoção das cargas térmicas ganhas ao longo do dia pelo edifício.

Assim sendo, será de esperar que o consumo associado ao consumo da Central e outros aparelhos variem

consoante o aumento e diminuição das cargas térmicas. Podem, por isso, ser associadas ao consumo do

edifício várias condições de utilização que estarão relacionadas com as cargas térmicas no edifício:

a) A ocupação, que depende em grande parte do calendário escolar, influenciando o consumo de

energia dos aparelhos elétricos em geral e depende muito do carácter comportamental dos

utilizadores do edifício na utilização de energia elétrica.

b) As condições climatéricas, que são introduzidas pela variação da temperatura e humidade exterior,

provocando uma modificação do estado interior das mesmas, e também um aumento ou diminuição

do consumo de energia do sistema de climatização.

c) A gestão do sistema de AVAC, já que, tratando-se de um sistema centralizado de um edifício com a

dimensão do Taguspark, as decisões em relação à gestão deste sistema têm uma influência

substancial no consumo e eficiência das instalações, constituindo ações ativas na variação de

consumo de energia do sistema de climatização.

Para além desta subdivisão, não se pode deixar de separar o consumo em época de necessidades

térmicas de aquecimento e de arrefecimento. Como já foi explicado anteriormente, a climatização, durante

a estação de arrefecimento, depende de dois Chillers e um banco de gelo. Durante a estação de aquecimento,

depende das caldeiras no edifício. Isto resulta num consumo de eletricidade que se relaciona diretamente

com as necessidades térmicas durante a época de arrefecimento, e de forma menos direta durante a época

de aquecimento, podendo estar relacionada com a utilização de iluminação durante um período mais

alargado do dia.

Depois destas subdivisões, outro fator a ter em conta é o consumo ao longo do dia. Em geral, existe

um perfil durante as horas úteis, aqui consideradas das 8h às 18h, e as restantes horas do dia que pertencem

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27

ao horário noturno. Assim sendo, o consumo durante horas úteis do dia será designado como consumo em

horário diurno e o restante horário noturno.

A análise aos vários fatores referidos anteriormente pretende perceber o desenvolvimento do

consumo ao longo dos dias, meses e ano, relacionando estes fatores entre si, conseguindo ao mesmo tempo

definir padrões de consumo para cada um.

Análise do Consumo Anual

A análise do consumo da central de “frio” está em tudo dependente do calendário de operação da

central já que, não estando esta operacional, não deve haver consumo relacionado com a central de “frio”.

Por isso mesmo, o consumo em época de aquecimento pode servir de base de consumo do edifício sem

utilização da central de “frio”, devendo existir um certo refinamento quanto à questão da tendência do

aumento de consumo associado à iluminação durante esta época.

Analisando o consumo mensal do edifício da Universidade no Taguspark ao longo de um ano é

possível verificar várias situações relacionadas com as categorias mencionadas no capítulo anterior no

Gráfico 4.1. O baixo consumo em Agosto está relacionado com as decisões de gestão no controlo de AVAC,

porque, devido à pouca atividade realizada no edifício, a central de “frio” é colocada fora de operações, pelo

que os Chillers não produzem água refrigerada. Para além disso, desde 2012, que os edifícios do IST

encerram duas semanas em Agosto. Este é um dos fatores que justifica tão baixo consumo mensal quando

comparado com outros meses do mesmo período do ano, apesar de apresentar condições climatéricas

semelhantes.

Gráfico 4.1 - Consumo de eletricidade mensal em dias úteis de 2014

Por outro lado, o aumento do consumo nos meses correspondentes à época de arrefecimento, ou

seja, os meses de Maio, Junho, Julho, Setembro e Outubro está claramente relacionado com a utilização da

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

0

5

10

15

20

25

30C

on

sum

o [

kW

h]

Tem

per

atu

ra [

°C]

Consumo de eetricidade mensal de dias úteis em 2014

Consumo Mensal Media das Temperaturas Máximas

Média das Temperaturas Mínimas

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28

central de “frio”, quando comparamos estes meses com meses da época de arrefecimento em situação de

ocupação semelhante. Não sendo claro em que dia a gestão ativou e desativou a central de “frio” devido à

política de gestão apresentada em Gestão das instalações de AVAC (Capítulo 3.3), a partir dos consumos

diários das instalações disponibilizados pela gestão, fica claro que o primeiro dia em que a central de “frio”

arrancou em 2014 foi a 6 de Maio, sendo o primeiro de muitos dias em que há um aumento consistente de

consumo durante o horário noturno, tendo resultado num consumo muito acima do que é normal da

instalação.

Banco de Gelo

No que toca ao consumo da central de “frio”, o banco de gelo tem um papel importante a

desempenhar. Como frisado anteriormente, não se irá diminuir consumos da instalação da central de “frio”

com a utilização deste, mas sim obter uma transferência de consumos associados à produção de energia

térmica para períodos do dia mais proveitosos tanto do ponto de vista monetário como do ponto de vista

ambiental, visto que a produção de eletricidade no período noturno recorre em geral a mais energias

renováveis do que no período diurno.

Gráfico 4.2 - Potência média mensal em uso ao longo de 2014, nas alturas de referência do dia com a média das temperaturas máximas mensais

Pela análise atenta dos consumos ao longo do ano de 2014 foi possível determinar em que altura a

central foi ativada, tendo em vista o reconhecimento do consumo associado aos Chillers da instalação. Desde

a data de 6 de Maio é notório pelos picos de consumo em horário noturno que o banco de gelo está a ser

carregado, encontrando-se a funcionar com o ciclo diário com consumo médio, o que acontece nos dias

restantes do mês e em Junho e Julho, apesar de, neste dois já se notar claramente picos durante o dia, o que

indica que se passou ao ciclo diário com consumo intenso ou ciclo de emergência. No início do mês de

0

5

10

15

20

25

30

0

50

100

150

200

250

300

350

400

Tem

per

atu

ra [

°C]

Po

tên

cia

[kW

]

Potência média mensal em uso ao longo de 2014

Horário Diurno Horário Noturno

Horário de Carregamento do BG Media das Temperaturas Máximas

Page 41: Sistema Inteligente de Gestão de Funcionamento do Sistema de … · Sistema Inteligente de Gestão de Funcionamento do Sistema de AVAC no campus do IST-Taguspark Sara Alexandra Guedes

29

Setembro já existem algumas discrepâncias em relação aos valores de consumo dos Chillers no horário

noturno e valores muito elevados durante o horário diurno, indicando que o banco de gelo não estaria a

funcionar adequadamente. Dia 23 de Setembro deixam de se praticar consumos noturnos tão elevados,

havendo uma estabilização do consumo durante a noite e passam a existir consumos muito elevados

durante o horário diurno, pelo que é seguro admitir que neste período o banco de gelo não está a ser

utilizado e a instalação se encontra a trabalhar com o ciclo de emergência, o que acontece até ao final do

mês de Outubro. Tal verifica-se quando analisamos a potência de consumo média em horário diurno

durante o mês de Outubro no Gráfico 4.2, que é superior à potência de consumo média em horário diurno

no mês de Julho, com temperaturas e utilização dos espaços muito semelhante ao mês de Outubro.

Época de Arrefecimento

O consumo em horário diurno em época de aquecimento é relativamente estável ao longo dos

meses desta época quando comparado com a época de arrefecimento, muito por força das suas variações

estarem mais relacionadas com a utilização dos espaços do edifício, ou seja com a ocupação, do que com a

climatização do edifício, já que durante esta época a climatização está dependente sobretudo das caldeiras

a Gás Natural. Em altura de férias é natural o consumo de eletricidade baixar, enquanto em época de exames

e aulas este consumo é mais elevado. Relativamente ao consumo em horário diurno face ao consumo em

horário noturno, estando o consumo de eletricidade diário mais dependente de atividades no edifício que

se processam durante o dia, e referindo que o horário noturno tem um consumo mais estável ao longo do

ano, o consumo mensal do período de aquecimento tem um comportamento semelhante ao da potência

média de consumo em horário diurno. O Gráfico 4.3, que representa as potências médias diárias em uso em

dias úteis ao longo do ano de 2014, ilustra o caso.

Gráfico 4.3 - Potência média em uso em dias úteis ao longo de 2014, nas alturas de referência do dia

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

2/jan 2/fev 2/mar 2/abr 2/mai 2/jun 2/jul 2/ago 2/set 2/out 2/nov 2/dez

Po

tên

cia

[kW

]

Potência média em uso em dias úteis ao longo de 2014

Horário Noturno Horário de Carregamento do BG Horário Diurno

Page 42: Sistema Inteligente de Gestão de Funcionamento do Sistema de … · Sistema Inteligente de Gestão de Funcionamento do Sistema de AVAC no campus do IST-Taguspark Sara Alexandra Guedes

30

Em Época de Arrefecimento, passa a existir uma diferenciação entre o consumo em horário de

carregamento do Banco de Gelo e o consumo em horário noturno, sendo o primeiro das 24h às 4h30 e o

segundo das 4h30 às 8h. Esta separação permite visualizar a potência média usada para o carregamento do

Banco de Gelo ao longo da Época de Arrefecimento e desde logo percebe-se que existe uma variação enorme

durante os meses de Junho e Julho. As baixas no consumo deste período correspondem a segundas-feiras,

dia útil em que deveria existir carregamento do Banco de Gelo e ele não acontece. Por outro lado, são visíveis

as discrepâncias entre os consumos durante os meses de Junho e Julho e Setembro e Outubro. O

carregamento do Banco de Gelo deixa atingir potências tão elevadas e os consumos em horário diurno

disparam para valores próximos do carregamento do Banco de Gelo, depois de oscilarem durante alguns

dias. Esta situação corresponde à avaria do Banco de Gelo.

A análise do consumo da instalação durante a época de Arrefecimento em relação à utilização dos

sistemas de AVAC é, portanto, mais complexa e será analisada com um maior pormenor em capítulos

posteriores.

Análise do Consumo Semanal

Gráfico 4.4 - Consumo de eletricidade em dias de semana, sábados e domingos, em cada mês do ano de 2014

O consumo semanal é predominantemente influenciado pelos dias da semana, altura em que o

consumo é superior ao verificado no fim-de-semana, como é visível no Gráfico 4.4, sendo que aos sábados

há um consumo ligeiramente superior aos domingos. Por outro lado, o consumo aos fins-de-semana pouco

varia durante o período de aquecimento e é mais elevado durante o período de Arrefecimento. Por causa da

diferença entre valores semanais e de fim-de-semana, será útil fazer uma divisão de dias úteis e dias não-

úteis na formulação do Perfil de consumo do Taguspark, como é possível verificar quando se observam

diferenças em meses como Outubro e Novembro em que a utilização da Central em ciclo de emergência

levou a um aumento acentuado do consumo em dias úteis, mas por se tratar de uma situação de emergência

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

Co

nsu

mo

diá

rio

méd

io [

kW

h]

Consumo diário médio em 2014

Consumo médio em dias úteis Consumo médio aos sábados Consumo médio aos domingos

Page 43: Sistema Inteligente de Gestão de Funcionamento do Sistema de … · Sistema Inteligente de Gestão de Funcionamento do Sistema de AVAC no campus do IST-Taguspark Sara Alexandra Guedes

31

a sua utilização fica limitada a dias de atividade mais intensa do edifício, isto é, dias úteis, resultando nas

discrepâncias entre meses e os consumos médios em dias úteis e não úteis do Gráfico 4.4.

Análise do Consumo Diário

Devido à variedade de atividades e horários do edifício, definir um perfil para o consumo geral que

consiga prever com exatidão todas as atividades é difícil. De modo a facilitar o processo, poderá fazer

sentido haver uma divisão de análises entre atividades calendarizadas e a utilização feita da Central de

“Frio”, havendo uma separação entre Épocas de Aquecimento e Arrefecimento, atendendo a que os perfis

diários entre estes dois casos são bastante distintos.

Em época de aquecimento a potência em uso durante o dia rondam os 220 kW enquanto durante a

noite podem chegar aos 120 kW. Em época de arrefecimento estes valores já podem ser mais elevados e

variáveis durante o dia, existindo uma clara divisão entre consumos com utilização da central ou não. No

primeiro caso a potência pode ascender os 500 kW, enquanto o segundo, dependendo se nos encontramos

no horário diurno ou noturno, pode ir dos 250 aos 150 kW.

Época de Aquecimento

Durante a época de aquecimento, como já foi referido, o consumo da instalação é mais dependente

das atividades realizadas na mesma, e estas acontecendo sempre durante o dia, é de se esperar que o

consumo tenha uma variação semelhante ao consumo diurno.

Gráfico 4.5 - Potência em uso num dia típico em Época de Aquecimento

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

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:00

00

:45

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02

:15

03

:00

03

:45

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Potência em uso em Época de Aquecimento

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32

Pelo Gráfico 4.5 é possível verificar o baixo consumo durante a noite seguido de um aumento

gradual a partir das 8 horas e por uma descida a partir das 16 horas que se prolonga até às 21 horas, altura

em que estabiliza. Este é o comportamento base da instalação durante um dia útil sem utilização da Central

de “Frio”, podendo haver variações de cerca de 20 kW consoante outros fatores como quando se tratar de

época de férias ou época de exames.

Época de Arrefecimento

Durante a época de Arrefecimento deteta-se uma enorme parcela do consumo associada à

utilização da central como era de se esperar, seja por carregamentos noturnos do Banco de Gelo que

provocam um grande aumento no consumo noturno, seja utilizando o ciclo de emergência provocando um

grande aumento no consumo diurno. Com estas duas situações é possível perceber que existe a mesma base

de consumo referente à utilização em época de aquecimento, algo que também é observável na análise ao

consumo noturno no Gráfico 4.3.

Gráfico 4.6 - Potência em uso ao longo de um dia típico com vários ciclos de utilização da Central de "Frio"

O Gráfico 4.6 apresenta o consumo horário ao longo de três dias típicos em época de Arrefecimento

com diferentes modos de operação da Central de “Frio”. Sendo o modo preferencial de operação da Central

o ciclo diário com consumo médio, o mais comum no consumo diário da instalação será encontrar um

aumento no consumo noturno em relação à base de consumo normal, como se vê no Gráfico 4.6. Operando

este ciclo durante todo o dia, aqui verifica-se que o consumo diurno é muito semelhante ao verificado em

época de Aquecimento. Por outro lado, quando o ciclo utilizado é o de emergência, situação que aconteceu

durante vários dias devido a avaria do banco de gelo, o consumo noturno é constante e semelhante ao

apresentado durante a época de aquecimento, enquanto o consumo diurno aumenta para valores

semelhantes ou superiores aos registados durante a noite em ciclo diário de consumo médio ou intenso,

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Potê

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Potência em uso em época de arrefecimento

Ciclo de Emergência (2 de Outubro)

Ciclo Diário de Consumo Médio a Intenso (17 de Julho)

Ciclo Diário de consumo Médio (23 de Maio)

Page 45: Sistema Inteligente de Gestão de Funcionamento do Sistema de … · Sistema Inteligente de Gestão de Funcionamento do Sistema de AVAC no campus do IST-Taguspark Sara Alexandra Guedes

33

para além de se registarem vários picos nesse mesmo horário, um deles, o primeiro, particular mente

intenso, que correspondem ao arranque dos Chillers como resposta às necessidades do edifício ao longo do

dia.

Outra situação verificada com frequência foi a utilização do ciclo diário com consumo intenso a

meio do dia, verificando-se neste caso um perfil de consumo semelhante ao ciclo diário com consumo médio,

mas com um pico de consumo a meio do dia, que se pode ver no Gráfico 4.6, correspondente ao arranque

em funcionamento dos Chillers da Central de “Frio”, isto porque, a descarga do Banco de Gelo não foi

suficiente para retirar a carga térmica do edifício ao longo de todo o dia. O mecanismo do sistema de gestão

tem como predefinida a utilização deste ciclo caso as reservas de gelo do banco de gelo baixem dos 30%.

Análise de consumo em dias não-úteis

Apesar de terem menos peso quando comparados com os dias úteis, os dias não-úteis, que

englobam os fins-de-semana e feriados, representaram cerca de 21% do consumo total do ano de 2014, pelo

que qualquer poupança neste campo pode fazer enorme diferença no consumo final.

Em geral, o consumo em dias não-úteis tem um comportamento diferente dos dias úteis, tanto em

época de Aquecimento como de Arrefecimento, já que a Central de “Frio” se encontra fora de funcionamento

durante estes dias, sendo a potência em uso em horário noturno semelhante ao encontrado em dias úteis

quando a Central não se encontra em operações, o que acontece maioritariamente durante a Época de

Arrefecimento. Durante esta época verifica-se também, pelo Gráfico 4.7 e Gráfico 4.8, que o consumo diurno

aos sábados é ligeiramente superior face aos domingos e que o consumo em feriados pouco se distancia de

sábados e domingos, algo que não está relacionado com a climatização do edifício, visto que ela não está

disponível.

Gráfico 4.7 - Potência em uso em dias não-úteis em Época de Aquecimento

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Potência em uso em dias não-úteis em Época de Aquecimento

Domingo Sábado Feriado

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34

Apesar deste comportamento se verificar durante grande parte do ano de 2014, o mesmo não

acontece nos períodos em que a Central de “Frio” se encontrava a funcionar com o ciclo diário de consumo

médio ou intenso. O Gráfico 4.9 representa alguns períodos em época de arrefecimento em que há consumos

noturnos coincidentes com o carregamento do Banco de Gelo em dias não-úteis.

Gráfico 4.8 - Potência em uso em dias não-úteis em Época de Arrefecimento sem utilização da Central

No caso de ser precisa a utilização de climatização dos espaços por força de algum acontecimento

fora da calendarização do edifício que o justifique, a Central é posta em funcionamento durante dias não-

uteis, por forma a serem satisfeitas as necessidades de climatização. Contudo, na análise aos fins-de-semana

do ano de 2014 durante a Época de Arrefecimento verificou-se a utilização deste ciclo consistentemente,

como se pode verificar no Gráfico 4.9. Esta situação é anómala e talvez fruto de algum problema na gestão

do horário noturno da Central.

Gráfico 4.9 - Potência em uso em dias não-úteis com o Ciclo Diário de Consumo Médio em Época de Arrefecimento

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Potência em uso em dias não-úteis em Época de Arrefecimento

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Potência em uso em dias não-úteis em Época de Arrefecimento

Sábado Domingo Feriado

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35

O perfil de consumo de feriados também irá estar muito dependente das atividades a decorrer,

podendo apresentar consumos semelhantes a um dia útil e inclusive, ser necessária a utilização de

climatização em várias zonas do edifício, ou mesmo, apresentar consumos semelhantes aos registados em

fins-de-semana.

Consumo Atípico

Durante os meses de Setembro, Outubro e Novembro, verifica-se a utilização contínua do modo de

operação em Ciclo de Emergência na Central de “Frio”. Isto deveu-se a uma avaria no Banco de Gelo

que se verifica com os dados dos consumos durante as primeiras semanas de Setembro, como é

visível no Gráfico 4.10. Durante esse período havia um carregamento do Banco de Gelo, mas a

Potência em uso para esse efeito era substancialmente inferior à regularmente utilizada, pelo que

durante o dia a utilização feita de potência é semelhante à utilizada em Ciclo de Emergência, o que

sugere que a Central não estaria a descarregar o Banco de gelo durante o horário diurno ou não

estaria carregado o suficiente de modo a suprimir as necessidades de climatização do edifício.

Gráfico 4.10 - Potência em uso atípica devido a Avaria do Banco de Gelo no dia 18 de Setembro de 2014

Para além da situação indicada no ponto anterior que corresponde a uma situação sinalizada de

avaria do Banco de Gelo e consequente utilização do ciclo de emergência, previsto no sistema de

climatização implementado, foram observados outros comportamentos no consumo da instalação que não

correspondem esperado.

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Potência em uso em dia de consumo atípico

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36

Gráfico 4.11 – Potência em uso em alguns dias durante a utilização do Ciclo de Consumo Diário Médio e Intenso

O Gráfico 4.11 ilustra a situação encontrada durante grande parte do período de utilização dos ciclos

diários de consumo médio e intenso, em que, depois de uma utilização normal da central de “frio” a dia 20,

com o consumo noturno atribuído ao carregamento do Banco de gelo, e consumo em horário diurno normal

para o Ciclo em questão, é seguido por dia 21 e 22, um sábado e um domingo, em que se observa ao mesmo

perfil de consumo noturno em que há utilização do ciclo noturno, ou seja, é feito o carregamento do Banco

de Gelo. O horário diurno destes dois dias está enquadrado no perfil de outros dias não-uteis semelhantes

e em que não existe carregamento do Banco de Gelo. O dia seguinte, uma segunda-feira, já não é observado

o consumo devido ao carregamento do Banco de Gelo e o consumo em horário diurno é semelhante a

consumos de dias úteis, semelhantes, que é o caso da sexta-feira anterior. Tendo em conta as exceções

aplicadas aos fins-de-semana em relação à utilização da Central, isto é, quando necessário devido à

variedade de atividades no edifício, os ciclos de consumo Diários podem ser acionados em dias-não uteis, o

que aconteceu recorrentemente durante o Verão de 2014. Contudo, não existir carregamento do Banco de

Gelo às segundas-feiras, havendo necessidade de tal, por estar relacionado com algum ajuste necessário ao

horário de funcionamento estipulado para cada ciclo na ferramenta de gestão.

Calendarização

A dependência do consumo de eletricidade em relação à calendarização de atividades é clara

quando se considera a ocupação no edifício. Com atividades que impliquem uma maior afluência de

indivíduos, os consumos têm tendência a aumentar, e o Taguspark não é exceção. Com a ajuda do calendário

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20 de Junho, Sexta-feira 22 de Junho, Domingo

23 de Junho, Segunda-feira 21 de Junho, Sábado

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37

escolar do ano aqui analisado, é possível desenvolver um padrão de consumo para determinadas alturas.

Foram definidos os seguintes períodos:

a) Aulas

b) Exames ou preparação de exames que, apesar de apresentarem um consumo semelhante ao do

período de aulas, em geral, o comportamento é mais constante quando comparado com o período

de aulas

c) Férias escolares

d) Exames de Época Especial

Estes períodos estão divididos em dois tipos de dia:

Dias Úteis

Dias Não-Úteis, que englobam os Feriados, Sábados e Domingos

Para complementar esta esquematização, e introduzir a vertente de interferência no consumo

composto pela gestão do sistema de climatização, o ano foi dividido em duas épocas:

a) Época de Aquecimento, em que climatização é feita localmente, utilizando as caldeiras do edifício,

havendo necessidades de aquecimento. Considera-se para uma primeira abordagem o período

entre Novembro a Abril.

b) Época de Arrefecimento, em que a climatização é feita pelos Chillers, pelo banco de gelo e,

localmente, pelas UTAS’s e ventiloconvectores, sendo esperadas mais necessidades de

arrefecimento do que aquecimento. Considera-se para uma primeira abordagem o período entre

Maio a Setembro.

Os Períodos foram definidos com base nos Calendários Escolares da universidade, disponíveis

online [35][36][37].

Dependência do Consumo das condições Exteriores

Devido às limitações de utilização dos graus-dias como variável de sistema, a temperatura máxima

atingida durante o dia é utilizada na análise da evolução do consumo do edifício ao longo do tempo.

Mais uma vez, os consumos do edifício referentes ao ano de 2014 serviram de base para a análise,

tendo sido incluídos apenas os dias úteis que correspondessem ao perfil indicado e foi tido em conta apena

o consumo total diurno dos dias indicados, das 8 às 21 horas, para a análise em questão. Esta análise servirá

como indicação do comportamento de consumos do edifício com a temperatura máxima exterior.

Page 50: Sistema Inteligente de Gestão de Funcionamento do Sistema de … · Sistema Inteligente de Gestão de Funcionamento do Sistema de AVAC no campus do IST-Taguspark Sara Alexandra Guedes

38

a. Ciclo Diário com Consumo Médio

O Ciclo Diário com Consumo Médio é um modo de operação da Central de Frio que inclui o

carregamento do Banco de Gelo durante o horário noturno em que há consumo intenso por parte dos

Chillers e o descarregamento consoante as necessidades ao longo do horário diurno. Por causa das perdas

originadas no Banco de Gelo e do desfasamento entre o consumo da energia da rede para a climatização e a

efetiva utilização desta, não é de se esperar que a relação das temperaturas máximas verificadas durante o

dia e o consumo da Central de “Frio” seja óbvio. Desde que não haja passagem do modo de operação de

consumo médio para consumo intenso ou ciclo de emergência, o consumo do Edifício espera-se

relativamente inconstante com as variações de temperatura, o que sucede neste caso, pelo que é possível

observar no Gráfico 4.12, que representa as temperaturas máximas e os consumos totais diários em horário

diurno em dias em que apenas é utilizado o ciclo diário de consumo médio.

Gráfico 4.12 - Consumo diário em horário diurno em dias de ciclo diário de consumo médio e a sua temperatura máxima exterior registada durante o dia, com curva de tendência

Existe, portanto, uma base de consumo de 2,7 MWh diários para a temperatura máxima de 20 °C

durante o horário diurno do edifício, quando apenas o Banco de Gelo se encontra a suprimir as necessidades

de climatização, que pode variar. No mesmo gráfico, a verde estão sinalizados os dias em que se realizavam

exames e a azul o dias em que ainda havia aulas. Os pontos a vermelho representam uma semana em

particular durante o período de aulas em que se registaram valores mais elevados de temperatura mas em

que não houve uma resposta do sistema de climatização, que pode ter acontecido por pouca afluência aos

espaços climatizados ou outro fator de decisões de gestão local do edifício relacionadas com a utilização das

UTA’s, não se repercutindo no sistema de climatização o impacto da mudança das condições exteriores. É

y = -7,704x + 2865R² = 0,0344

2000

2200

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Consumo em horário de funcionamento e temperatura máxima

Exames b Aulas Semana Atípica

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39

portanto, visível uma tendência do sistema em não utilizar os Chillers em horário diurno quando a

temperatura máxima permanece abaixo dos 23 °C.

b. Ciclo diário com consumo médio e intenso ou ciclo de emergência

O mesmo não deve acontecer nos dias em que o Banco de Gelo não é suficiente para suprimir todas

as necessidades de climatização e os Chillers têm de ser acionados durante o horário diurno do edifício, e já

se dará o caso de um ligeiro aumento de consumo com o aumento da temperatura máxima. Como é possível

de verificar no Gráfico 4.13, tal não acontece. Existe um aumento da base de consumo durante o horário

diurno de 600 kWh, passando a um consumo de 3,3 MWh, quando comparado com a utilização apenas do

ciclo diário de consumo médio, mas a variação do consumo com o aumento de temperatura máxima é

relativamente constante, não havendo relação aparente do consumo com a temperatura máxima.

Gráfico 4.13 - Consumo diário dentro em horário diurno em dias de ciclo diário de consumo médio a intenso, e a sua temperatura máxima exterior registada durante o dia, com curva de tendência

Esta situação pode ser a resultante das atividades a decorrerem no edifício. Os pontos a verde

correspondem a dias em tempo de exames de época normal e os pontos a azul, em tempo de preparação e

exames de época especial. Durante o primeiro ponto é esperada uma maior afluência ao edifício, o que pode

justificar a ocorrência de consumo intenso a temperaturas mais baixas e a pouca dependência do consumo

da temperatura máxima. Por isto mesmo, as duas alturas serão diferenciadas com dois períodos diferentes.

No Gráfico 4.14 estão representados apenas os pontos em altura de exame de época especial e o resultado

da dependência entre as duas variáveis é mais expressiva. Para além disso chega-se à conclusão que os 23

°C de temperatura máxima exterior de fronteira entre a utilização ou não dos Chillers em horário diurno

y = 0,6743x + 3314,6R² = 5E-05

2500

2700

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Temperatura Máxima [°C]

Consumo em horário diurno e temperatura máxima

Exames Época normal Exames Época especial

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40

podem ser mais baixos em situações em que as atividades no edifício o exijam, estando o limite, nesta

situação, perto dos 21°C.

Gráfico 4.14 - Consumo diário em horário diurno em dias de ciclo diário de consumo médio e Intenso para altura de exames de época especial, e a sua temperatura máxima exterior registada durante o dia, com curva de tendência

Durante estes dias, em que são detetados picos no consumo tanto no período noturno como diurno,

outro fator a ter em conta é a variação da hora do dia a que se dá o pico de consumo relacionado com a

entrada em funcionamento dos Chillers, e consequentemente, a hora do dia em que a procura por água

refrigerada para a climatização ultrapassa parte das reservas no Banco de Gelo (30%), o que será a

resultante, não só do aumento de utentes no edifício que é observado no aumento de potência em uso,

geralmente durante a tarde, mas também do aumento de temperatura exterior. O Gráfico 4.15 ilustra a

variação de temperatura máxima durante este período e a hora a que se dá o pico de consumo

correspondente, no qual se observa uma antecipação do pico de consumo quando existe uma elevação

acentuada na temperatura máxima. Esta relação não é linear na medida em que o sistema não reage a todas

as mudanças de temperatura, antecipando o pico de consumo quando a temperatura aumenta ou adiando

ou eliminando o pico quando esta baixa, o que se justifica facilmente pela elevando inércia associada a um

sistema complexo e com a dimensão do sistema em análise.

y = 42,114x + 2093,3R² = 0,2607

2500

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2900

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3700

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Temperatura Máxima [°C]

Consumo em horário diurno e temperatura máxima

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41

Gráfico 4.15 - Hora de pico de consumo e temperatura máxima registada durante dias de ciclo diário de consumo médio e intenso

Assim, até ao dia 2 de Julho, encontramo-nos em altura de exames de época normal e em que, apoiando os

resultados de alguns pontos no Gráfico 4.13 e no Gráfico 4.14, apesar da temperatura máxima diminuir, o

pico de consumo dá-se mais cedo, aumentando o consumo desses dias, e não estando este aumento

diretamente relacionado com a temperatura e sim, com o aumento das atividades no interior do edifício.

c. Ciclo de Emergência

Gráfico 4.16 - Consumo diário em horário diurno em dias de ciclo de emergência e a sua temperatura máxima exterior registada durante o dia, com curva de tendência

13

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11/jun 18/jun 25/jun 2/jul 9/jul 16/jul 23/jul 30/jul

Ho

ra d

o d

ia

Tem

per

atu

ra M

áxim

a [°

C]

Hora de Pico Vs Temperatura Máxima

Temperatura Máxima Hora de Pico

y = 45,832x + 3393,1R² = 0,4983

3500

3700

3900

4100

4300

4500

4700

4900

5100

5300

15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37

Co

nsu

mo

[k

Wh

]

Temperatura Máxima [°C]

Consumo em horário diurno e temperatura máxima

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42

A Avaria do Banco de Gelo originou a utilização do ciclo de Emergência até meados de Novembro,

o que criou a oportunidade de uma análise ao consumo efetivo dos Chillers consoante o aumento da

temperatura máxima, feito no Gráfico 4.16. E como seria de esperar, o consumo total em horário diurno do

edifício tem tendência a aumentar com a temperatura máxima registada durante esse dia, a partir de

temperaturas inferiores às registadas noutras situações, a uma taxa maior de aumento com a temperatura

e com uma base de consumo também superior.

A Tabela 4.1 faz o resumo da análise deste capítulo em que se relacionou a temperatura máxima

registada durante o dia e o consumo total durante o horário diurno do edifício. Apesar de haver uma relação

clara do consumo durante o horário diurno e a temperatura máxima registada, durante dias de utilização

do ciclo diário de consumo médio tal já não sucede, o que está claramente relacionado com o facto da maior

parte do consumo destinado a climatização nestes dias se verificar durante a noite, antes da hora em que se

verifica a temperatura máxima.

Período Aulas Preparação de Exames e

Exames Época

Especial

Ciclos da Central de

“Frio”

Ciclo Noturno +

Ciclo Diário com

Consumo Médio

Ciclo Diário de

Emergência

Ciclo Noturno +

Ciclo Diário com

Consumo Médio

Ciclo Noturno + Ciclo Diário com Consumo

Médio e Intenso

Ciclo Noturno + Ciclo Diário

com Consumo Médio e Intenso

Temperatura Máxima [°C]

≤ 23 S/A ≤ 21 ˃ 21 ˃ 21

Relação Chf Versus Tmax

S/A 𝐶ℎ𝑓

= 45,832𝑇𝑚𝑎𝑥

+ 3393,1 S/A

𝐶ℎ𝑓

= 0,6743𝑇𝑚𝑎𝑥

+ 3314,6

𝐶ℎ𝑓

= 42,114𝑇𝑚𝑎𝑥

+ 2093,3

(5), (6)

Coeficiente de Determinação

S/A 0,4983 S/A 5 × 10−5 0,2607

Tabela 4.1 - Resumo da análise ao consumo em horário diurno com a temperatura máxima

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43

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44

5. PERFIL DE CONSUMO ENERGÉTICO

De modo a haver uma base de comparação do sistema com as condições atuais e com alguma

modificação, é pertinente estabelecer um Perfil de Consumo de Eletricidade do edifício ao longo do ano. O

Perfil foi construído tendo em conta parâmetros do sistema de climatização. Para isso, é feita uma média do

consumo para cada hora dentro de cada período.

Parâmetros do Perfil

Estes parâmetros foram selecionados com base não só no funcionamento do edifício e Central de

“Frio”, mas também com base nos dados de consumo da instalação e de temperatura máxima analisados no

capítulo anterior, de forma a construir um modelo o mais robusto possível, tendo em conta a quantidade de

informação facilmente obtida para futuras previsões:

Época – que é definida pela utilização ou não da central de “Frio”. Se esta estiver ativada a

instalação encontra-se na época de Arrefecimento, o contrário corresponde à Época de

Aquecimento, apesar de poder não haver aquecimento da instalação no momento.

Tabela 5.1 - Resumo dos Parâmetros do Perfil de Consumo no Campus Taguspark

Período – que é definido pelas atividades em Geral no edifício, podendo estas ser

Preparação de Exames e Exames, Aulas e Férias.

Dia – que pode ser útil ou não. Os dias não úteis incluem fins-de-semana e feriados.

Gestão – que está relacionada com os ciclos de operação ao longo do dia. Os modos

possíveis são Ciclo Noturno e Ciclo seguido de Ciclo Diário com Consumo Médio, Ciclo

Parâmetros

Época Aquecimento

Arrefecimento

Dia Útil

Não-Útil

Período

Aulas I

Preparação para Exames e Época de Exames II

Exames Época Especial III

Férias IV

Ciclos da Central

de “Frio”

Ciclo Noturno + Ciclo Diário com Consumo Médio A Ciclo Noturno + Ciclo Diário com Consumo Médio +

Ciclo Diário com Consumo Intenso B

Ciclo de Emergência C

Central Fora de Operações D

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45

Noturno seguido de Ciclo Diário com Consumo Médio com alteração para Ciclo Diário com

Consumo Intenso algures durante o dia, Ciclo de Emergência e Central Fora de Operações,

em que não existe produção de água refrigerada durante o dia.

Aquecimento

A Tabela 5.2 e a Tabela 5.3 apresentam o Perfil de Consumo horário, calculado a partir de médias

do consumo horário verificado ao longo do dia, tendo estes dias sido compilados conforme os parâmetros

definidos na Tabela 5.1, havendo uma correspondência com as combinações nas tabelas seguintes, e

respetivos desvios em dias úteis durante a época de aquecimento. Os desvios foram calculados com base no

desvio padrão da média que originou o perfil. Este desvio raramente ultrapassa os 10% do valor do

Consumo horário do Perfil.

𝐷𝑒𝑠𝑣𝑖𝑜 =𝑑𝑒𝑠𝑣𝑖𝑜 𝑝𝑎𝑑𝑟ã𝑜

𝑀é𝑑𝑖𝑎× 100% (7)

Dia útil

Período I II IV

Gestão D D D Média Desvio Média Desvio Média Desvio

0h - 1h 141,1 4,9% 142,8 3,7% 131,3 2,5%

1h - 2h 137,2 4,7% 140,8 3,6% 130,4 2,8%

2h - 3h 134,1 4,8% 138,4 3,8% 129,0 2,2%

3h - 4h 131,5 4,5% 135,6 3,9% 127,3 2,5%

4h - 5h 129,2 4,3% 133,2 3,5% 126,2 2,3%

5h - 6h 128,8 4,0% 132,4 3,5% 126,3 2,3%

6h - 7h 132,3 3,7% 130,1 4,2% 125,5 2,8%

7h - 8h 132,0 5,8% 129,6 5,3% 123,8 5,0%

8h - 9h 172,2 5,7% 159,6 5,8% 141,6 5,2%

9h - 10h 199,9 8,1% 185,0 6,5% 158,5 6,8%

10h - 11h 218,2 8,9% 197,2 6,8% 167,0 8,9%

11h - 12h 226,4 8,9% 207,2 7,4% 173,4 10,1%

12h - 13h 231,0 8,2% 209,1 7,5% 173,2 8,7%

13h - 14h 230,9 7,9% 208,0 7,7% 172,8 8,6%

14h - 15h 230,4 8,5% 210,3 7,9% 173,8 9,1%

15h - 16h 229,1 8,6% 210,3 7,3% 177,9 9,7%

16h - 17h 224,7 10,0% 207,3 7,3% 173,7 9,2%

17h - 18h 218,3 11,8% 208,8 5,6% 172,5 8,6%

18h - 19h 212,4 11,8% 205,6 5,4% 168,5 8,3%

19h - 20h 206,3 9,1% 194,8 4,9% 160,9 7,3%

20h - 21h 182,9 6,1% 175,6 4,7% 149,1 3,9%

21h - 22h 160,2 5,1% 159,9 5,7% 141,0 4,2%

22h - 23h 150,1 5,9% 149,0 4,2% 135,9 4,8%

23h - 24h 146,9 5,8% 146,6 3,7% 134,9 4,8%

Tabela 5.2 - Perfil de Consumo e Desvio, em kWh, em Dias Úteis durante a Época de Aquecimento

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46

Gráfico 5.1 - Perfis de consumo em dias úteis durante a época de aquecimento

Sábado Domingo

Período I II IV I II IV

Gestão D D D D D D

Média Desvio Média Desvio Média Desvio Média Desvio Média Desvio Média Desvio

0h - 1h 132,4 4,5% 135,6 3,4% 127,5 4,4% 134,0 3,8% 140,3 2,4% 128,4 2,8%

1h - 2h 128,7 3,1% 131,9 4,1% 126,3 3,0% 131,9 4,2% 137,1 2,8% 126,5 2,7%

2h - 3h 127,3 3,0% 129,4 3,6% 125,3 3,0% 130,0 3,5% 136,5 2,1% 125,5 2,4%

3h - 4h 125,2 2,8% 128,0 2,7% 123,3 3,0% 127,4 3,4% 135,9 3,9% 124,0 2,2%

4h - 5h 123,9 2,8% 125,9 2,6% 122,0 3,6% 125,5 3,2% 133,0 4,0% 123,5 2,4%

5h - 6h 121,8 2,7% 124,6 3,4% 120,9 3,6% 124,1 3,1% 130,4 2,5% 123,2 2,1%

6h - 7h 119,6 3,3% 122,1 3,5% 119,0 4,2% 122,5 3,5% 126,1 2,8% 121,6 2,5%

7h - 8h 114,9 7,6% 114,7 2,9% 113,5 7,8% 113,9 7,2% 114,8 3,1% 112,4 6,7%

8h - 9h 113,2 6,7% 113,0 3,0% 107,7 9,4% 103,1 5,7% 106,1 4,4% 101,5 5,2%

9h - 10h 115,6 7,0% 121,4 4,7% 108,9 9,0% 101,5 4,6% 103,6 4,2% 100,4 2,9%

10h - 11h 118,4 8,0% 126,1 4,4% 109,0 8,3% 102,5 5,4% 103,9 4,0% 99,4 2,3%

11h - 12h 118,2 8,2% 123,7 5,5% 110,3 9,5% 103,5 5,3% 105,7 3,4% 99,3 1,2%

12h - 13h 118,3 7,3% 118,3 4,1% 111,8 9,7% 105,7 5,5% 106,3 3,6% 100,6 1,8%

13h - 14h 117,1 6,3% 115,1 3,1% 111,3 9,4% 107,1 5,1% 110,4 3,4% 101,7 2,2%

14h - 15h 118,4 7,0% 112,1 3,8% 112,7 7,9% 109,4 4,6% 111,9 1,7% 103,9 3,1%

15h - 16h 121,8 6,4% 115,8 3,7% 114,7 5,4% 112,4 5,4% 115,1 1,0% 106,4 4,3%

16h - 17h 123,3 6,2% 117,9 4,3% 115,5 3,7% 115,1 5,1% 121,4 1,7% 108,9 3,1%

17h - 18h 129,9 8,4% 131,1 4,5% 123,5 6,3% 123,4 7,3% 133,6 3,1% 117,8 5,1%

18h - 19h 133,6 8,4% 140,8 5,1% 129,4 7,8% 128,9 8,6% 143,4 2,9% 124,0 7,0%

19h - 20h 137,9 6,0% 140,1 5,6% 131,0 4,8% 134,3 5,6% 144,8 3,4% 126,1 4,2%

20h - 21h 141,8 5,1% 142,8 6,9% 131,5 3,7% 139,0 4,8% 146,3 4,5% 130,1 3,7%

21h - 22h 140,2 4,5% 142,7 5,9% 131,4 3,4% 140,8 4,4% 144,4 1,7% 131,0 3,1%

22h - 23h 137,3 4,4% 139,3 4,7% 129,2 2,0% 139,3 4,2% 144,6 2,1% 130,0 2,8%

23h - 24h 136,8 4,1% 139,7 5,6% 129,9 2,7% 138,1 3,6% 144,4 2,2% 129,5 1,9%

Tabela 5.3 - Perfil de consumo e desvio, em kWh, aos Sábados e Domingos durante a época de aquecimento

80,0

100,0

120,0

140,0

160,0

180,0

200,0

220,0

240,0

Po

tên

cia

[kW

]Perfil de Consumo em Dias Úteis durante a Época de Aquecimento

Perfil em Aulas Perfil em Exames Perfil em Férias

Page 59: Sistema Inteligente de Gestão de Funcionamento do Sistema de … · Sistema Inteligente de Gestão de Funcionamento do Sistema de AVAC no campus do IST-Taguspark Sara Alexandra Guedes

47

Gráfico 5.2 - Perfis de consumo ao Sábado e ao Domingo durante a época de aquecimento

As variações de consumo durante a Época de Arrefecimento face ao Perfil apresentado estarão

associadas ao tipo de utilização feita no edifício e a afluência dos utilizadores ao mesmo. A Central de “Frio”

não se deve encontrar a funcionar durante esta Época, pelo corresponderá sempre a uma situação de

“Central Fora de Operações”.

Arrefecimento

Durante a Época de Arrefecimento, contrariamente ao que acontece na de Aquecimento, os desvios

nos Perfis de Consumo já ultrapassam em diversas situações os 10%, podendo mesmo chegar aos 40%

[Tabela 2.1, Tabela 5.4, Tabela 5.5 e Tabela 5.6]. Isto tem várias explicações. Estando o consumo dependente

durante o dia de um maior número de fatores, muitos deles relacionados com a Climatização, os desvios são

maiores no período do dia em que podem ocorrer picos no consumo ou mudanças na orientação do perfil

de consumo. Isto acontece quando:

1. Os Chillers são desligados após o Banco de Gelo ter sido carregado, o que pode variar de

dia para dia, estando relacionado com a climatização e o término do ciclo noturno. Na

representação feita do Perfil, no Gráfico 5.3, é possível verificar que findo o período de

carregamento do Banco de Gelo, a descida no consumo não se dá sempre no mesmo

momento.

80,0

100,0

120,0

140,0

160,0

180,0

200,0

220,0

240,0

Po

tên

cia

[kW

]Perfil de Consumo ao Sábado em Época de Aquecimento

Perfil em Aulas ao Sábado Perfil em Exames ao Sábado

Perfil em Férias ao Sábado Perfil em Aulas ao Domingo

Perfil em Exames ao Domingo Perfil em Férias ao Domingo

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48

Dia útil

Período I II III IV Ciclos da Central

de “Frio” A C A B B D

Média Desvio Média Desvio Média Desvio Média Desvio Média Desvio Média Desvio

0h - 1h 262,9 7,7% 138,6 2,4% 276,1 5,3% 276,5 6,6% 288,02 7,9% 104,3 2,7%

1h - 2h 406,2 2,3% 134,5 2,2% 409,9 1,6% 417,8 1,7% 419,46 2,7% 103,5 2,4%

2h - 3h 402,0 2,5% 131,7 1,6% 406,8 1,9% 416,1 1,8% 416,08 1,3% 103,3 2,5%

3h - 4h 371,2 11,4% 129,6 1,2% 362,8 14,0% 412,5 1,8% 413,71 1,3% 103,3 2,2%

4h - 5h 180,0 31,3% 127,8 1,6% 160,2 24,1% 311,7 12,3% 258,56 21,5% 102,9 2,1%

5h - 6h 124,8 1,7% 128,2 1,3% 123,6 1,3% 129,2 3,7% 151,75 51,1% 102,2 2,3%

6h - 7h 128,0 2,4% 133,4 1,4% 122,8 2,6% 127,5 3,7% 128,23 4,2% 99,6 2,3%

7h - 8h 118,6 2,0% 258,4 33,0% 115,3 1,7% 121,5 4,7% 120,52 5,7% 88,1 3,3%

8h - 9h 190,4 7,4% 341,0 10,2% 172,8 3,0% 195,5 4,8% 182,19 7,3% 89,6 4,2%

9h - 10h 220,2 5,5% 344,9 7,2% 208,7 3,9% 248,0 4,1% 221,02 8,7% 93,8 4,0%

10h - 11h 211,1 4,2% 361,3 6,5% 214,3 7,4% 256,0 5,2% 230,23 3,9% 99,5 4,3%

11h - 12h 217,6 3,8% 379,3 7,0% 220,7 6,2% 262,0 5,3% 239,31 3,6% 102,6 5,0%

12h - 13h 224,2 3,7% 383,9 6,4% 229,1 4,7% 264,1 5,0% 240,35 4,9% 103,3 6,1%

13h - 14h 225,4 4,1% 389,3 6,8% 228,8 4,2% 266,0 4,5% 236,48 4,5% 100,7 5,4%

14h - 15h 222,8 3,8% 392,9 7,3% 226,1 5,7% 269,4 7,8% 238,08 5,2% 102,6 5,3%

15h - 16h 223,0 2,8% 397,8 7,8% 233,3 5,6% 313,6 27,5% 255,15 13,2% 105,0 5,7%

16h - 17h 221,5 5,7% 398,4 7,2% 232,5 9,1% 359,9 21,0% 361,17 22,5% 103,1 5,2%

17h - 18h 223,5 10,6% 386,8 8,0% 227,9 11,1% 406,0 6,9% 375,10 14,2% 99,5 3,8%

18h - 19h 194,9 7,4% 335,0 6,4% 192,1 7,8% 273,5 8,2% 231,69 18,4% 97,7 3,9%

19h - 20h 163,0 5,5% 210,7 5,7% 156,1 7,3% 173,3 6,4% 145,65 6,5% 97,0 4,1%

20h - 21h 157,9 5,0% 181,7 4,9% 153,8 2,8% 159,9 5,0% 142,13 5,3% 103,9 3,8%

21h - 22h 148,7 4,3% 154,3 5,1% 148,6 2,5% 148,3 4,3% 140,15 5,4% 108,0 4,1%

22h - 23h 143,9 4,4% 147,0 4,7% 144,8 4,0% 145,0 4,5% 137,54 5,9% 106,9 3,6%

23h - 24h 142,2 5,1% 143,6 4,5% 140,9 4,1% 143,9 4,2% 135,88 5,9% 107,1 3,5%

Tabela 5.4 - Perfil de Consumo e Desvio, em kWh, em Dias Úteis durante a Época de Arrefecimento

2. Os Chillers são iniciados pelo sistema a meio do dia, o que provoca um pico de consumo

que pode variar, consoante as condicionantes abordadas anteriormente, estando

relacionado com a Climatização e o início do Ciclo Diário de Consumo Intenso, o que

também é visível no Gráfico 5.3, entre os dois perfis com ciclo B apresentados, um em

Exames e outro em Aulas.

3. Os Chillers são iniciados pelo sistema no início do horário diurno, provocando um pico no

consumo que pode variar de intensidade. Estas diferenças de consumos acontecem

principalmente durante a utilização do ciclo de Emergência.

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49

Gráfico 5.3 – Perfis de Consumo em Dias uteis durante a Época de Arrefecimento

Analogamente, os dias não-úteis, os sábados, que incluem os feriados, e domingos, apresentam o

mesmo tipo de desvios referentes a cada perfil. Tendo-se registado apenas perfis com ciclo A ao longo da

Época de Arrefecimento nestes dias, o ponto 1 e 2 também se aplicam.

A utilização do histórico de consumo das instalações poderá compreender à partida uma limitação

na quantidade de situações apresentadas. Ao analisar a Tabela 5.4, Tabela 5.5 e Tabela 5.6 este ponto é

visível quando se pretende identificar o Perfil de Consumo em Período de Aulas e em que a Central se

encontra em Ciclo Diário de Consumo Intenso em dias úteis, ou o Perfil de consumo em Período de Exames

em que a Central se encontre em Ciclo Diário de Consumo Intenso, ou seja, as tabelas não apresentam todos

os tipos de combinações entre épocas, períodos, ciclos da Central e dias da semana. Em algumas situações,

tal acontece por causa das próprias características do tipo de procura de climatização do edifício do período

ou época em questão, que será o caso da ausência de ciclos da Central em época de Aquecimento, como a

própria definição de época de Aquecimento indica. Noutras situações, como a ausência de perfis que

caracterizem o consumo do edifício para dias não úteis, já representa uma limitação inerente à utilização de

histórico na formação de perfis de consumo.

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

400,0

450,0

Po

tên

cia

[kW

]Perfil de Consumo em Dias Úteis durante a Época de Arrefecimento

Perfil em Aulas com Ciclo A Perfil em Aulas com Ciclo C

Perfil em Exames com Ciclo A Perfil em Exames com Ciclo B

Perfiil em Época Especial com Ciclo B Pefil em Férias com Ciclo D

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50

Sábado

Período I II + III IV Ciclos da

Central de “Frio”

A D A D

Média Desvio Média Desvio Média Desvio Média Desvio

0h - 1h 251,6 6,9% 127,9 2,0% 274,0 9,4% 101,6 2,2%

1h - 2h 396,5 2,4% 125,9 2,2% 407,6 3,0% 99,8 2,4%

2h - 3h 390,5 2,3% 124,4 2,0% 407,0 3,0% 99,7 2,6%

3h - 4h 351,9 18,8% 123,4 1,7% 392,5 14,0% 100,1 2,4%

4h - 5h 199,6 40,8% 123,0 1,9% 250,9 31,1% 100,1 3,1%

5h - 6h 118,9 2,2% 121,9 1,5% 124,0 3,5% 100,2 1,7%

6h - 7h 116,3 2,2% 120,8 1,2% 120,4 4,0% 97,1 1,9%

7h - 8h 104,2 0,5% 121,7 2,8% 109,2 5,4% 85,4 2,5%

8h - 9h 140,2 2,6% 116,5 2,6% 146,6 6,4% 84,0 2,5%

9h - 10h 175,6 3,3% 116,5 3,8% 176,8 4,0% 82,9 2,7%

10h - 11h 177,2 4,0% 118,9 3,3% 177,3 3,7% 84,0 2,5%

11h - 12h 176,0 3,7% 118,7 5,1% 176,9 3,9% 84,1 2,8%

12h - 13h 176,4 3,0% 117,8 3,5% 177,5 5,0% 84,1 3,9%

13h - 14h 179,4 0,7% 118,4 3,2% 177,5 4,1% 83,3 3,5%

14h - 15h 179,3 2,0% 119,6 3,5% 177,1 4,1% 84,1 3,9%

15h - 16h 182,9 3,6% 125,0 4,8% 178,7 4,1% 85,6 5,3%

16h - 17h 184,9 3,0% 128,9 7,5% 181,5 3,9% 87,0 5,2%

17h - 18h 208,4 21,3% 129,3 5,8% 207,0 23,7% 87,4 5,5%

18h - 19h 158,6 14,4% 123,7 3,8% 162,1 19,3% 88,9 6,0%

19h - 20h 114,8 4,5% 131,5 7,0% 116,7 4,5% 89,9 6,7%

20h - 21h 125,7 0,6% 137,5 3,5% 128,1 4,0% 102,6 5,0%

21h - 22h 130,6 1,6% 136,2 2,5% 132,4 2,9% 107,2 5,0%

22h - 23h 130,2 0,7% 132,3 2,0% 132,7 3,2% 106,6 5,2%

23h - 24h 131,8 1,5% 132,0 1,8% 132,9 3,7% 106,8 5,2%

Tabela 5.5 - Perfil de Consumo e Desvio, em kWh, aos Sábados durante a Época de Arrefecimento

Gráfico 5.4 - Perfis de Consumo aos Sábados durante a Época de Arrefecimento

0,0

100,0

200,0

300,0

400,0

500,0

Po

tên

cia

[kW

]

Perfil de Consumo ao Sábado durante a Época de Arrefecimento

Perfil em Férias, ao Sábado, com Ciclo D

Perfil em Aulas, ao Sábado, com Ciclo A

Perfil em Exames e Época Especial, ao Sábado, com Ciclo A

Perfil em Aulas, ao Sábado, com Ciclo D

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51

Domingo

Período I II + III IV Ciclos da Central

de “Frio” A D A D

Média Desvio Média Desvio Média Desvio Média Desvio

0h - 1h 255,9 4,5% 130,4 2,3% 281,5 9,9% 104,2 4,8%

1h - 2h 396,3 1,5% 128,2 2,0% 412,4 3,3% 103,0 3,9%

2h - 3h 392,3 1,6% 126,4 1,3% 411,7 2,4% 102,6 3,7%

3h - 4h 388,7 1,0% 125,9 1,5% 409,2 2,5% 102,4 3,6%

4h - 5h 217,1 31,3% 124,9 1,1% 228,8 27,8% 101,6 3,3%

5h - 6h 119,7 2,5% 124,4 0,6% 125,4 3,9% 102,4 3,6%

6h - 7h 117,2 1,6% 122,8 1,2% 121,8 4,2% 98,9 3,4%

7h - 8h 102,6 2,8% 120,7 3,5% 107,5 4,5% 86,1 2,8%

8h - 9h 96,0 3,3% 107,0 2,6% 102,0 5,0% 79,9 2,0%

9h - 10h 96,6 2,2% 103,2 1,4% 102,1 4,6% 79,1 1,6%

10h - 11h 99,4 3,6% 104,2 1,1% 103,6 4,8% 78,5 2,2%

11h - 12h 100,8 2,8% 104,3 1,7% 104,5 4,4% 79,3 2,3%

12h - 13h 101,3 2,4% 106,1 1,3% 105,8 4,8% 79,9 3,0%

13h - 14h 103,5 2,8% 107,1 1,9% 107,1 4,2% 81,4 3,4%

14h - 15h 105,0 4,8% 110,7 1,8% 109,2 4,1% 81,6 3,2%

15h - 16h 106,0 6,2% 114,5 1,9% 111,7 5,3% 83,4 4,6%

16h - 17h 108,0 5,2% 119,0 4,8% 114,4 4,8% 84,9 3,5%

17h - 18h 110,1 3,5% 121,8 5,8% 115,4 4,8% 85,0 2,5%

18h - 19h 110,8 3,5% 123,7 6,4% 115,9 5,1% 86,7 3,7%

19h - 20h 116,0 4,3% 135,0 7,3% 115,5 4,8% 86,6 3,4%

20h - 21h 123,7 3,6% 142,7 5,6% 126,6 4,3% 96,7 2,7%

21h - 22h 131,8 2,2% 142,1 3,2% 133,2 4,0% 103,5 0,7%

22h - 23h 134,8 4,2% 141,4 2,4% 134,4 3,1% 103,1 1,1%

23h - 24h 133,7 2,0% 140,3 2,0% 134,8 3,6% 103,9 2,5%

Tabela 5.6 - Perfil de Consumo e Desvio, em kWh, aos Domingos durante a Época de Arrefecimento

Gráfico 5.5 - Perfis de Consumo ao Domingo durante a Época de Arrefecimento

0,0

100,0

200,0

300,0

400,0

500,0

Po

tên

cia

[kW

]

Perfil de Consumo ao Domingo durante a Época de Arrefecimento

Perfil em Férias, ao Domingo, com Ciclo D

Perfil em Aulas, ao Domingo, com Ciclo A

Perfil em Exames e Época Especial, ao Domingo, em ciclo A

Perfil em Aulas, ao Domingo, com Ciclo D

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52

Ajuste ao Perfil de Consumo

No Capítulo anterior foi possível verificar que existem desvios ainda consideráveis no que toca à

gama de dias escolhidos para formar cada perfil durante a época de arrefecimento. Apesar destes desvios

representarem uma indicação no que toca à precisam dos perfis, a análise às variações de consumos do

edifício demonstrou correspondência com a variação de temperaturas máximas ao longo da Época de

Arrefecimento em diversos períodos. Por isso, a mesma análise em moldes mais detalhados utilizando o

consumo horário com a temperatura máxima registada durante esse dia será feita para que se possam fazer

ajustes aos Perfis apresentados anteriormente, consoante as variáveis associadas ao dia em questão.

Referindo apenas os períodos horários com desvios mais acentuados, irá efetuar-se uma análise dessas

horas mais sensíveis, procedendo a uma compilação de médias de consumo horário e respetivas

temperaturas máximas registadas durante o dia, para cada período e Ciclo em funcionamento, de modo a

obter várias curvas de calibração horárias que relacionem as duas variáveis [ANEXO B], sendo que a cada

curva de calibração irá estar associada um coeficiente de determinação que indica a qualidade da

aproximação da curva da correlação feita. Valores da ordem dos 0,75 para baixo representam aproximações

mais grosseiras.

Resumo dos Perfis Finais

Estando alguns Perfis condicionados pelos ajustes impostos no Capítulo 5.3.1 e pelos próprios

parâmetros, a Tabela 5.7 e a Tabela 5.8 fazem a correspondência entre os perfis e ajustes para cada relação

de parâmetros possível em Época de Aquecimento e Arrefecimento.

Dia útil Sábado Domingo

Período Ciclo Perfil Perfil Perfil

I D Tabela 5.2, (I,A) Tabela 5.3, (I,A) Tabela 5.3, (I,A)

II D Tabela 5.2, (II,A) Tabela 5.3, (II,A) Tabela 5.3, (II,A)

IV D Tabela 5.2, (IV,D) Tabela 5.3, (IV,D) Tabela 5.3, (IV,D) Tabela 5.7 - Lista de tabelas de Perfis em Época de Aquecimento

A Época de Arrefecimento representa um desafio maior devido à variedade de situações que podem

ocorrer. Houve por isso três adaptações entre perfis.

1. O Ciclo de Emergência, o ciclo C, verificou-se apenas em tempo de aulas. Por isso, vai ser

adaptado para o resto de Época de Arrefecimento.

2. O Ciclo Diário de Consumo Médio e Intenso, o ciclo B, não se verificou durante o Período

de Aulas. Isto pode dever-se à afluência mais reduzida ao edifício ou a uma temperatura

mais baixa durante este período comparada com outros períodos. Assim sendo, no caso de

tal acontecer, o Perfil correspondente ao do período de Aulas e ao ciclo B será o Perfil de

Exames com ciclo B.

3. Numa situação análoga à anterior, em período de Exames de Época Especial, não foram

registadas utilizações do Ciclo A, seja porque, inversamente à situação anterior houve uma

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53

utilização mais intensa de energia e as temperaturas máximas foram altas o suficiente para

nunca se utilizar o ciclo A. Neste caso, o ciclo a adotar é o previsto para o ciclo A em período

de Exames de época normal, o Período II.

4. Não estando prevista a utilização do ciclo de Emergência em dias não úteis por não se ter

verificado esta utilização nos dados utilizados para a modelação dos perfis, caso a situação

suceda esta representa uma limitação dos perfis criados e o perfil que será apresentado é

o de consumo em dia não útil sem utilização da central. O mesmo acontece em período de

Férias.

Dia útil Sábado Domingo

Período Ciclo Perfil Ajuste Perfil Ajuste Perfil Ajuste

I

A Tabela 5.4,

(I,A) Tabela 0.1

Tabela 5.5, (I,A)

Tabela 0.6 Tabela 5.6,

(I,A) Tabela 0.8

B Tabela 5.4,

(II,B) Tabela 0.3 - - - -

C Tabela 5.4,

(I,C) Tabela 0.5 - - - -

D - - Tabela 5.5,

(I,D) -

Tabela 5.6, (I,D)

-

II

A Tabela 5.4,

(II,A) Tabela 0.2

Tabela 5.5, (II+III,A)

Tabela 0.7 Tabela 5.6 (II+III,A)

Tabela 0.9

B Tabela 5.4,

(II,B) Tabela 0.3 - - - -

C Tabela 5.4,

(I,C) Tabela 0.5 - - - -

D - - Tabela 5.5,

(I,D) -

Tabela 5.6, (I,D)

-

III

A Tabela 5.4,

(II,A) Tabela 0.2

Tabela 5.5, (II+III,A)

Tabela 0.7 Tabela 5.6, (II+III,A)

Tabela 0.9

B Tabela 5.4,

(III,B) Tabela 0.4 - - - -

C Tabela 5.4,

(I,C) Tabela 0.5 - - - -

D - - Tabela 5.5,

(I,D) -

Tabela 5.6, (I,D)

-

IV D Tabela 5.4,

(IV,D) -

Tabela 5.5, (IV,D)

- Tabela 5.6,

(IV,D) -

Tabela 5.8 - Lista de tabelas de Perfis e correspondentes Ajustes em Época de Arrefecimento

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54

Programa de Cálculo de Perfil

Foi desenvolvido um programa de cálculo dos Perfis de Consumo no software Matlab. Este

programa apresenta os Perfis de consumo estimados com base em Perfis desenvolvidos em capítulos

anteriores, mediante a seleção do dia a analisar, a indicação da temperatura máxima esperada para o dia e

a existência de ficheiros referentes ao ano em questão.

Figura 5.1 - Esquema de Funcionamento do Programa

Funções Gerais

A função do programa é a produção do Perfil de Consumo Esperado para o dia selecionado. Para

tal, é pedido ao utilizador que selecione um dia e mês do ano, de modo a definir a Época, Período e Dia que

se pretende analisar. Anterior ao pedido de informação, o programa lê vários ficheiros txt que incluem o

calendário escolar, que determina os Períodos, e os feriados em dias-úteis do ano, que são contabilizados

como dias-não úteis. Após a decisão da Época por parte do programa, é feito o cálculo do Perfil de Consumo

com base nos Perfis Estimados, relação temperaturas máximas Consumo horário e posterior apresentação

Seleção de dia em análise pelo utilizador

Recolha da Temperatura Máxima Esperada

Cálculo do Perfil Esperado

Apresentação Gráfica do Perfil de Consumo

Época de Arrefecimento

Época de Aquecimento

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55

gráfica do Perfil, no caso de se tratar de Época de Arrefecimento, ou apresentado diretamente o Perfil de

Consumo com base nos Perfis Estimados, no caso de se tratar de Época de Aquecimento [Figura 5.1]. Quanto

à informação dos Perfis Estimados, esta é introduzida em vários ficheiros txt, que é lida apenas quando

necessário, ou seja, quando é decidido o perfil necessário. Há partida, os Perfis de Época de Aquecimento e

Arrefecimento estão separados, já que foram criadas duas funções específicas que são chamadas consoante

a seleção de um dia em Época de Aquecimento ou Arrefecimento.

a. Ficheiros de Entrada

Nos ficheiros de entrada do programa incluem-se o Calendário Escolar, os Feriados e as Tabelas de

Perfis [ANEXO CFicheiros de EntradaErro! A origem da referência não foi encontrada.].

Estes ficheiros são lidos consoante o tipo de Perfil pedido.

Calendário Escolar: A data deve estar no formato DD-MMM-AAAA e a referência obedece à

Tabela 5.9. Deve ser tido em conta que o ficheiro é lido verticalmente, pelo que se são inseridas

datas que se sobrepõem em períodos, o período considerado é o último referente a essa data.

Este calendário deve fazer referência ao ano já assinalado ficheiro Main.m.

[Linha 1]Período1{espaço}Data_de_Ínicio{espaço}Data_de_Fim{espaço}Referência_de_Período

[Linha 2]Período2{espaço}Data_de_Ínicio{espaço}Data_de_Fim{espaço}Referência_de_Período

(...)

Aulas 1

Preparação para Exames e Época de Exames 2

Exames Época Especial 3

Férias 4

Tabela 5.9- Referência de Períodos do Programa

Feriados: O formato da Data é o mesmo que o utilizado no Calendário Escolar [ANEXO

CFicheiros de EntradaErro! A origem da referência não foi encontrada.]. Este

ficheiro serve para identificar os dias-úteis que se possam comportar como sábados.

[Linha 1]Data_de_Feriado1

[Linha 2]Data_de_Feriado2

(…)

Tabelas de Perfis: Desvio_Inicial refere-se ao desvio padrão do Perfil e A, B representam os

coeficientes apresentados nas fórmulas de (8) a (9) no Anexo B, sendo C os correspondentes

Coeficientes de Determinação. Os valores dos Perfis encontram-se em kWh e são utilizados

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56

segundo a Tabela 5.10 e Tabela 5.11. As tabelas de perfis referidas encontram-se no ANEXO D e

em formato txt.

[Linha 1]Desvio_Inicial{espaço}Valor_0h-1h_do_Perfil{espaço}A{espaço}B{espaço}C

[Linha 2]Desvio_Inicial{espaço}Valor_1h-2h_do_Perfil{espaço}A{espaço}B{espaço}C

(…)

Período Ciclo da

Central de “Frio”

I II III IV

Dia-Útil

A TabelaPerfil1 com

Tmax<=23 TabelaPerfil3 com

Tmax<=21 TabelaPerfil3 com

Tmax<=21 -

B TabelaPerfil2 com

Tmax >23 TabelaPerfil2 com

Tmax>21 TabelaPerfil4 com

Tmax>21 -

C TabelaPerfil15 TabelaPerfil15 TabelaPerfil15 TabelaPerfil15

D - - - TabelaPerfil5

Sábado

A TabelaPerfil6 TabelaPerfil8 TabelaPerfil8 -

C - - - -

D TabelaPerfil18 TabelaPerfil18 TabelaPerfil18 TabelaPerfil16

Domingo

A TabelaPerfil7 TabelaPerfil9 TabelaPerfil9 -

C - - - -

D TabelaPerfil19 TabelaPerfil19 TabelaPerfil19 TabelaPerfil17

Tabela 5.10 - Utilização das Tabelas de Perfis no Programa para a Época de Arrefecimento

Período I II IV

Dia-Útil TabelaPerfil20 TabelaPerfil21 TabelaPerfil22

Sábado TabelaPerfil23 TabelaPerfil24 TabelaPerfil25

Domingo TabelaPerfil26 TabelaPerfil27 TabelaPerfil28

Tabela 5.11 - Utilização das Tabelas de Perfis no Programa para a Época de Aquecimento

b. Ficheiros de Saída

O único ficheiro de saída é o Perfil de Consumo hora a hora, PerfilPrevisto.xls, em formato xls onde

são apresentados os consumos horários previstos e a data a que pertencem.

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57

É também apresentado um gráfico de consumos do dia como o exemplo ilustrado na Figura 5.2.

Figura 5.2 - Exemplo de gráfico de saída do dia 13 de Outubro de 2015 com utilização do ciclo de emergência

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58

6. RESULTADOS

Depois de construído o modelo, utilizaremos os dados relativos à época de arrefecimento de 2015

para validar o modelo empírico desenvolvido.

Validação 2015

A Validação dos perfis de consumo vai obedecer a uma metodologia, tendo esta por base o erro

horário de cada dia do consumo estimado pelo modelo em relação ao consumo real, Eh.

𝐸ℎ =|𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜𝐻𝑜𝑟á𝑟𝑖𝑜𝐸𝑠𝑡𝑖𝑚𝑎𝑑𝑜 − 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜𝐻𝑜𝑟á𝑟𝑖𝑜𝑅𝑒𝑎𝑙|

𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜𝐻𝑜𝑟á𝑟𝑖𝑜𝑅𝑒𝑎𝑙

× 100%, ℎ = 0, 1, 2 … 23 (10)

Para além deste erro, será considerado o erro entre consumos diários, Ed, e a média desse erro entre

n dias do mesmo Perfil.

𝐸𝑑 =|𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙𝐷𝑖á𝑟𝑖𝑜𝐸𝑠𝑡𝑖𝑚𝑎𝑑𝑜 − 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙𝐷𝑖á𝑟𝑖𝑜𝑅𝑒𝑎𝑙|

𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙𝐷𝑖á𝑟𝑖𝑜𝑅𝑒𝑎𝑙

(11)

𝐸𝑚𝑑 = ∑ 𝐸𝑑 𝑖÷ 𝑛

𝑛

𝑖

× 100% (12)

Será também apresentada uma avaliação ao Consumo Total Mensal a partir da seguinte equação

que se refere a um erro mensal:

𝐸𝑚 =|𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜𝑀𝑒𝑛𝑠𝑎𝑙𝐸𝑠𝑡𝑖𝑚𝑎𝑑𝑜 − 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜𝑀𝑒𝑛𝑠𝑎𝑙𝑅𝑒𝑎𝑙|

𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜𝑀𝑒𝑛𝑠𝑎𝑙𝑅𝑒𝑎𝑙

× 100% (13)

Época de Aquecimento

O Gráfico 6.1 apresenta a distribuição dos erros horários dos perfis estimados ao longo da época de

Aquecimento e para os vários períodos e dias, úteis e não-úteis, em que é possível verificar que a

generalidade dos dias os erros horários se encontra abaixo dos 10% ao longo do dia, especificamente em

65% dos casos no horário diurno e 95% dos casos em horário noturno. O horário diurno é o período mais

sensível onde, em cerca de 25% dos dias, podem ser observados erros horários de 10% a 20%, e em cerca

de 5% dos dias, de 20% a 40%. Já o erro horário para fins-de-semana e feriados é menos elevado, com um

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59

percentual de dias com erros menores que 10%, na ordem dos 95% ao longo de todo o dia, apesar de esta

percentagem diminuir ligeiramente durante o horário diurno e aumentar para próximo dos 100% no

horário noturno [Gráfico 6.2].

Gráfico 6.1 - Distribuição do erro horário em época de aquecimento nos Períodos I, II e IV em dias úteis

Gráfico 6.2- Distribuição do erro horário em época de aquecimento nos Períodos I, II e IV em dias não-úteis

O Gráfico 6.3, que apresenta o erro médio diário em época de aquecimento para dias úteis e não

úteis, ilustra os desvios médios por dia, como o nome indica, realçando o erro registado em dias úteis em

período de exames em dias úteis com 6,73 % e aos sábados com 5,95 %, e em férias em dias úteis com 7,88

%. Sendo estes valores médios, no Gráfico 6.5 e no Gráfico 6.4 é possível verificar pela distribuição

apresentada que o erro diário do modelo aos fins-de-semana não ultrapassa os 10%, e em dias úteis, cerca

de 91% o mesmo também acontece, havendo uma percentagem de 9% de dias em que se verificam erros

que podem chegar aos 20%.

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Distribuição do erro horário em dias úteis

até 10% 10% a 20% 20% a 40% 40% a 60% 60% a 100%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Distribuição do erro horário em dias não-úteis

até 10% 10% a 20% 20% a 40% 40% a 60% 60% a 100%

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60

Gráfico 6.3 - Erro médio diário dos perfis durante a época de aquecimento

Época de Arrefecimento

A época de arrefecimento revelou-se uma altura do ano em que os perfis menos se ajustaram ao

consumo efetivo do edifício, como aliás, ficou sugerido aquando da formulação do mesmo. Seja pela

mudança comportamental do edifício face ao consumo de energia em geral, seja pela diferença de atuação

do sistema de climatização deste ano face ao ano anterior, existem algumas discrepâncias face ao modelo.

Dito isto, a análise do modelo da época de arrefecimento com base em dados de 2015 até à data infelizmente

demonstrou-se insuficiente para a validação de todos os perfis apresentados no capítulo 5. A avaria

registada no Banco de Gelo durante o final da época de arrefecimento do ano de 2014 persistiu durante o

ano de 2015, pelo que depois da subida de temperaturas no início da época de arrefecimento, os únicos

3,57%2,89% 2,83%

6,73%5,95%

1,46%

7,88%

3,30%

2,16%

0,00%

1,00%

2,00%

3,00%

4,00%

5,00%

6,00%

7,00%

8,00%

9,00%

Dias Úteis Sábado Domingo

Err

o M

édio

Diá

rio

Época de Aquecimento

Período I Período II Período IV

100,00%

Sábados e Domingos

até 10%

10% a 20%

20% a 40%

40% a 60%

60% a 100%

mais de 100%

Gráfico 6.4 - Distribuição do erro diário ao longo da época de aquecimento ao Sábado e Domingo

Gráfico 6.5 - Distribuição do erro diário ao longo da época de aquecimento em dias úteis

90,91%

9,09%

Dias úteis

até 10%

10% a 20%

20% a 40%

40% a 60%

60% a 100%

mais de 100%

Page 73: Sistema Inteligente de Gestão de Funcionamento do Sistema de … · Sistema Inteligente de Gestão de Funcionamento do Sistema de AVAC no campus do IST-Taguspark Sara Alexandra Guedes

61

ciclos em funcionamento são o Ciclo de Emergência e o de ‘Central fora de Operações’, o que condiciona

bastante a validação do modelo.

Gráfico 6.6 - Distribuição do erro horário em época de arrefecimento no período de aulas em dias úteis

Gráfico 6.7 - Distribuição do erro horário em época de arrefecimento no período de exames em dias úteis

Assim sendo, a partir da análise do Gráfico 6.6, Gráfico 6.7, Gráfico 6.8 e Gráfico 6.9, foram

identificadas horas mais sensíveis em que os erros horários foram mais acentuados. Iniciando uma

abordagem semelhante à do capítulo 5.3, foram identificados quatro pontos sensíveis.

1. O início do horário diurno, mais particularmente das 7 às 10 horas, em que há pouca

precisão no pico de consumo relacionada com o arranque dos Chillers, o que provoca uma

diferença considerável face aos modelos traçados. No Período I e III isto implica um erro

horário durante estas horas de mais de 100% do valor definido para o perfil em cerca de

60% dos casos durante o Período III e em mais de 90% dos casos, durante o Período I.

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Período I

até 10% 10% a 20% 20% a 40% 40% a 60% 60% a 100% mais de 100%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Período II

até 10% 10% a 20% 20% a 40% 40% a 60% 60% a 100% mais de 100%

Page 74: Sistema Inteligente de Gestão de Funcionamento do Sistema de … · Sistema Inteligente de Gestão de Funcionamento do Sistema de AVAC no campus do IST-Taguspark Sara Alexandra Guedes

62

Durante o Período II significou um afastamento do consumo de 60% a 100%, acontecendo

isto em cerca de 90% dos dias, durante aquelas horas. Este desvio também pode estar

relacionado com uma mudança no horário estipulado para o arranque dos Chillers e da

Central

Gráfico 6.8 - Distribuição do erro horário em época de arrefecimento no período de exames de época especial em dias úteis

2. O fim do horário diurno representa outro ponto sensível nos modelos em dias úteis, mais

uma vez pela menor precisão do fim da utilização dos Chillers, mais uma vez

particularmente nos Períodos I e III, com um afastamento do consumo face ao perfil entre

60% a 100% em 90% dos dias às 18 horas no Período I e de mais de 40% em mais de 50%

dos dias durante o Período III.

Gráfico 6.9 - Distribuição do erro horário em época de arrefecimento no período férias em dias úteis

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Período III

até 10% 10% a 20% 20% a 40% 40% a 60% 60% a 100% mais de 100%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Período IV

até 10% 10% a 20% 20% a 40% 40% a 60% 60% a 100% mais de 100%

Page 75: Sistema Inteligente de Gestão de Funcionamento do Sistema de … · Sistema Inteligente de Gestão de Funcionamento do Sistema de AVAC no campus do IST-Taguspark Sara Alexandra Guedes

63

3. Os consumos horários durante o horário diurno, em dias úteis têm, em geral, um consumo

mais baixo do que o esperado, particularmente durante o período de exames de época

especial, Período III, em que o erro horário se encontra abaixo dos 10% às 9 horas em cerca

de 60% dos dias e vai aumentando de frequência e magnitude até se encontrar entre os

40% e 60% de erro horário em 20% dos dias [Gráfico 6.8].

Gráfico 6.10 - Distribuição do erro horário em época de arrefecimento no período de aulas em dias não-úteis

4. O Período de Férias, Período IV, verificou algumas diferenças significativas relativamente

ao perfil traçado. Tal deve-se a um comportamento diferenciado do consumo durante o

mês de Agosto, mês este que registou um consumo mais baixo comparativamente a outros

meses durante o ano de 2014, o que não aconteceu durante o ano de 2015 e que resultou

na diferença de perfis apresentado [Gráfico 6.9], tendo-se mesmo verificado dias em que o

sistema de climatização foi utilizado, o que não se encontra previsto pelo modelo criado.

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Período I

até 10% 10% a 20% 20% a 40% 40% a 60% 60% a 100% mais de 100%

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64

Gráfico 6.11 - Distribuição do Erro Horário em Época de Arrefecimento no Período de Exames em Dias não-úteis

Os dias não úteis também registaram alguns pontos mais sensíveis semelhantes aos apresentados

em dias úteis, nomeadamente referentes ao ponto 2, nos Períodos I [Gráfico 6.10] e III [Gráfico 6.12], com

valores de erro às 19 horas entre os 20% e 40% em cerca de 30% dos dias, e referente ao ponto 4, no Período

IV [Gráfico 6.13], com erros durante o horário diurno a atingir a fasquia dos 20% aos 40% em 20% dos dias.

Gráfico 6.12 - Distribuição do erro horário em época de arrefecimento no período de exames de época especial em dias não-úteis

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Período II

até 10% 10% a 20% 20% a 40% 40% a 60% 60% a 100% mais de 100%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Período III

até 10% 10% a 20% 20% a 40% 40% a 60% 60% a 100% mais de 100%

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65

Gráfico 6.13 - Distribuição do erro horário em época de arrefecimento no período de férias em dias não-úteis

Gráfico 6.14 - Erro médio diário dos perfis durante a época de aquecimento

O Gráfico 6.14 apresenta o erro médio entre os consumos estimados e reais totais diários. É

interessante verificar que, dos erros referentes aos pontos sensíveis assinalados anteriormente, os que mais

se refletem na média do consumo total diário são os pontos 1 e 3, nomeadamente em dias úteis durante o

Período de Aulas (Período I), com uma média de erro diário de 12,46%, durante o Período de Exames de

época especial (Período III), com uma média de 17,71% de erro diário, e em dias não-úteis, ao sábado e

domingo durante o Período de Férias (Período IV), com 11,75 % e 11,38%, respetivamente.

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Período IV

até 10% 10% a 20% 20% a 40% 40% a 60% 60% a 100% mais de 100%

12,46%

0,10%

5,70%6,48%

3,45% 2,76%

10,51%11,75% 11,38%

17,71%

5,38%3,59%

0,00%

5,00%

10,00%

15,00%

20,00%

Dias Úteis Sábado Domingo

Err

o M

édio

Diá

rio

Época de Arrefecimento

Período I Período II Período IV Período III

Page 78: Sistema Inteligente de Gestão de Funcionamento do Sistema de … · Sistema Inteligente de Gestão de Funcionamento do Sistema de AVAC no campus do IST-Taguspark Sara Alexandra Guedes

66

Esta influência reflete-se na percentagem de dias associadas a um erro diário de 10 a 20%, em 75%

dos dias úteis do Período III e em 60% dos dias úteis do Período I, e de 20 a 40%, em 25% dos dias no

período de época especial de exames e em cerca de 7% dos dias úteis do Período I [Gráfico 6.18, Gráfico

6.16], tal como nos sábados e domingos do período de férias, em que 60% e 40% dos dias, respetivamente,

apresentam um erro no consumo diário de 10 a 20% [Gráfico 6.20, Gráfico 6.19].

33,33%

60,00%

6,67%

Período I

até 10%

10% a 20%

20% a 40%

40% a 60%

60% a 100%

mais de 100%

Gráfico 6.16 - Distribuição do erro diário em dias úteis do periodo I da época de arrefecimento

88,00%

8,00%4,00%

Período II

até 10%

10% a 20%

20% a 40%

40% a 60%

60% a 100%

mais de 100%

Gráfico 6.15 - Distribuição do erro diário em dias úteis do período II da época de arrefecimento

75,00%

25,00%

Período III

até 10%

10% a 20%

20% a 40%

40% a 60%

60% a 100%

mais de 100%

Gráfico 6.18 - Distribuição do erro diário em dias úteis do período III da época de arrefecimento

57,14%28,57%

14,29%

Período IV

até 10%

10% a 20%

20% a 40%

40% a 60%

60% a 100%

mais de 100%

Gráfico 6.17 - Distribuição do erro diário em dias úteis do período IV da época de arrefecimento

Page 79: Sistema Inteligente de Gestão de Funcionamento do Sistema de … · Sistema Inteligente de Gestão de Funcionamento do Sistema de AVAC no campus do IST-Taguspark Sara Alexandra Guedes

67

Estes erros também se vão refletir ao nível do consumo mensal [Tabela 6.1], já que vários dos perfis

perfazem boa parte de alguns meses, o que será o caso do período de Exames de época especial, III, que

decorre ao longo de Julho, e o período de Férias, IV, que decorre ao longo de Agosto. Esta tabela apresenta

apenas os consumos de dias com previsão de consumo válido, ou seja em que não se verificaram dias de

consumo atípico, já que de outro modo não seria possível uma comparação válida com o perfil. É também

de salientar a adequação do perfil criado nos meses de época de Aquecimento, particularmente no mês de

Junho, que compõem a grande maioria dos dias em Período II.

40,00%

60,00%

Sábados

até 10%

10% a 20%

20% a 40%

40% a 60%

60% a 100%

mais de 100%

Gráfico 6.19 - Distribuição do Erro Diário aos Sábados do Período IV da época de Arrefecimento

60,00%

40,00%

Domingos

até 10%

10% a 20%

20% a 40%

40% a 60%

60% a 100%

mais de 100%

Gráfico 6.20 - Distribuição do Erro Diário aos Domingos do Período IV da época de Arrefecimento

100,00%

Sábados e Domingos

até 10%

10% a 20%

20% a 40%

40% a 60%

60% a 100%

mais de 100%

Gráfico 6.21 - Distribuição do Erro Diário em dias não-úteis dos Períodos I, II e III da época de Arrefecimento

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68

𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜𝐸𝑠𝑡𝑖𝑚𝑎𝑑𝑜 [𝑘𝑊ℎ] 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜𝑅𝑒𝑎𝑙 [𝑘𝑊ℎ]7 𝐸𝑚

Janeiro 104 582,2 110 958,6 -5,75%

Fevereiro 100 685,7 103 897,8 -3,09%

Março 121 363,6 123 006,3 -1,34%

Abril 113 935,6 114 712,5 -0,68%

Maio 142 669,8 131 817,1 8,23%

Junho 143 115,6 142 114,8 0,70%

Julho 167 168,2 146 364,3 14,21%

Agosto 58 548,5 66 588,5 -12,07%

Tabela 6.1 - Erros mensais originados nos perfis estimados

Dias Excluídos

Os dias em que se verificou um desvio muito acentuado do perfil de consumo não foram incluídos

nas listagens de dias anteriores. Tal verificou-se tanto em época de Aquecimento como de Arrefecimento.

Em Janeiro Foram registados dias úteis com consumo anormalmente baixo, com uma redução na

ordem dos 100 kW [Gráfico 6.22].

Gráfico 6.22 - Potência em uso em dias de consumo atípico em Janeiro

7 Consumos não totais, ou seja, só contabilizam dias com previsão

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

Po

tên

cia

[kW

]

12 de Janeiro de 2015 13 de Janeiro de 2015 14 de Janeiro de 2015 Previsto

Page 81: Sistema Inteligente de Gestão de Funcionamento do Sistema de … · Sistema Inteligente de Gestão de Funcionamento do Sistema de AVAC no campus do IST-Taguspark Sara Alexandra Guedes

69

Durante os meses de Maio e Junho, registaram-se vários dias não-úteis em que houve necessidade

de utilização da Central de “Frio”. Existindo a condicionante do funcionamento se fazer apenas com

o Ciclo de Emergência, e não havendo um perfil de dias não-uteis com Ciclo de Emergência, o erro

no perfil é considerável. Esta situação aconteceu a dia 16 de Maio e 13, 14 e 20 de Junho e origina

erros face ao Perfil estimado [Gráfico 6.23,Tabela 6.2].

Gráfico 6.23 – Potência em uso e consumo previsto no dia 16 de Maio de 2015

𝐸𝑑

Dia 12 de Janeiro 54,85%

Dia 13 de Janeiro 150,48%

Dia 14 de Janeiro 63,07%

Dia 16 de Maio 28,91%

Dia 13 de Junho 35,45%

Dia 14 de Junho 33,73%

Dia 20 de Junho 33,57%

Tabela 6.2 – Listagem de dias com desvios mais acentuados dos perfis esperados e os erros diários

O mês de Agosto, que se caracterizou pelos baixos consumos resultantes, não só da mínima

ocupação do edifício mas também por se apresentar com a Central de “Frio” fora de operações, não

teve o mesmo comportamento em 2015. Para além do consumo base ter sido ligeiramente superior

ao registado em 2014, a utilização da Central nesta altura fez com que os perfis traçados se tivessem

distanciado do consumo real. A utilização da Central pode ter-se baseado numa mudança de política

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

Po

tên

cia

[kW

]

16 de Maio de 2015 Previsto 16 de Maio

Page 82: Sistema Inteligente de Gestão de Funcionamento do Sistema de … · Sistema Inteligente de Gestão de Funcionamento do Sistema de AVAC no campus do IST-Taguspark Sara Alexandra Guedes

70

para o mês de Agosto, no que diz respeito à gestão da climatização. O Gráfico 6.24 ilustra a diferença

entre o previsto para o dia 19 de Agosto sem utilização da Central e com utilização da Central face

ao Consumo que se registou. O Gráfico 6.25 lista os dias em Agosto em que tal aconteceu e os erros

resultantes de uma previsão com e sem Central de “Frio” para cada um deles.

Gráfico 6.24 - Potência em uso e Consumo Previsto Com e Sem utilização da Central de “Frio” no dia 19 de Agosto de 2015

Como é notório, nenhum dos perfis se adequou à situação apresentada. Este perfil, assim como os

perfis de consumos reais apresentados pelo edifício em certos dias não-úteis, durante os períodos II e III,

em que há utilização da central em ciclo de Emergência, apresenta uma limitação nas previsões

apresentadas, como constatado aquando da criação dos perfis.

Gráfico 6.25 - Erro Diário para perfis previstos com e sem utilização da Central de 'Frio'

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

Po

tên

cia

[kW

]

19 de Agosto de 2015 Sem Central de 'Frio' Com Central de 'Frio'

40,1% 38,0% 38,7%

32,3%

40,7% 45,1%

58,3%

67,2%

57,8%

75,4%

51,9%

44,0%

0,0%

10,0%

20,0%

30,0%

40,0%

50,0%

60,0%

70,0%

80,0%

19 de Agosto de2015

20 de Agosto de2015

21 de Agosto de2015

26 de Agosto de2015

27 de Agosto de2015

28 de Agosto de2015

Err

o D

iári

o

Previsto Sem Central de 'Frio' Previsto Com Central de 'Frio'

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71

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72

7. CONCLUSÕES

Neste trabalho desenvolveu-se um modelo de previsão dos consumos elétricos do edifício do

campus Taguspark do Instituto Superior Técnico, assente numa análise do seu histórico de consumos de

energia elétrica para diferentes épocas e períodos do ano de 2014.

Uma vez que o caso em estudo trata um edifício cujo consumo de eletricidade apresenta uma

elevada percentagem atribuída ao sistema de climatização, sendo o restante atribuído a consumos de

eletricidade referente às atividades do edifício que apresentam uma variabilidade entre dias da mesma

época e período muito menos relevante para a análise e complexa, o modelo de previsão tem como principal

foco a gestão feita deste sistema.

A abordagem seguida para a modelação dos Perfis do Consumo foi a modelação empírica, havendo

uma análise ao consumo das instalações, resultando na seleção de vários parâmetros dependentes das

condições de utilização das instalações, da climatização das instalações e das condições exteriores. Esta

abordagem, muito utilizada pela literatura, tem demonstrado resultados de previsão que compete em larga

escala com os modelos físicos, apoiada pela vantagem no tempo de computação face a modelos físicos.

A modelação dos Perfis de Consumo apresenta 9 perfis correspondentes à Época de Aquecimento

distribuídos por 3 períodos: Aulas, Preparação de Exames e Exames e Férias. São também definidos perfis

por dias-úteis, sábados e domingos. A época de Arrefecimento apresenta 14 perfis distribuídos por 4

períodos: Aulas, Preparação de Exames e Exames, Exames de Época Especial e Férias, igualmente

subdivididos em dias-úteis, sábados e domingos. Estes períodos são definidos conforme o calendário

escolar do ano em questão, plano seguido pela gestão do edifício para tomar vários tipos de decisão quanto

à climatização. À Época de Arrefecimento é acrescentado um parâmetro que durante esta época ganha

especial relevância, os Ciclos da Central de “Frio”, introduzindo os estados referentes à gestão feita da

Central: Ciclo Noturno seguido de Ciclo Diário com Consumo Médio, Ciclo Noturno seguido de Ciclo Diário

com Consumo Médio seguido de Ciclo Diário com Consumo Intenso, Ciclo de Emergência, Central Fora de

Operações. Para além deste parâmetro, é introduzida uma condição para cada período por forma a ser feita

a decisão entre estados da Central, condição que tem como base análises de consumos elétricos das

instalações e correspondentes temperaturas máximas diárias.

Para a agregação e melhor aplicação do modelo de previsão foi desenvolvido um programa de

cálculo em Matlab que apresenta o Perfil previsto para o dia selecionado. Utilizando o histórico de consumo

elétricos do ano de 2015 até o fim de Agosto, das instalações, foi possível fazer a validação dos perfis de

consumo obtidos.

Page 85: Sistema Inteligente de Gestão de Funcionamento do Sistema de … · Sistema Inteligente de Gestão de Funcionamento do Sistema de AVAC no campus do IST-Taguspark Sara Alexandra Guedes

73

Perfis de Época de Aquecimento

Para a Época de Aquecimento, a generalidade dos perfis previstos em dias úteis apresentam erros

horários face aos consumos reais abaixo dos 10% ao longo do dia, mais precisamente em 65% dos dias em

horário diurno e em 95% dos dias em horário noturno. Por isso, o horário diurno é um ponto relativamente

mais sensível e onde 25% dos dias os erros horários podem chegar aos 20% e em cerca de 5 % dos dias, o

erro horário fica entre os 20 % e 40%. Durante os sábados, domingos e feriados desta época o erro horário

ao longo do dia foi menor, havendo um afastamento de menos de 10% do consumo real horário em cerca

de 95% em horário diurno e 100% em horário noturno.

A distribuição do erro diário ao longo desta época dos perfis aos fins-de-semana, assim como o erro

horário, não ultrapassa os 10% em cerca de 91% dos dias úteis, havendo uma pequena percentagem de 9

% dos dias em que o erro face ao consumo real poder chegar aos 20 %. Com isto o erro diário médio máximo

atingido foi 7,88 % em período de férias.

Em termos gerais, os perfis de consumo previstos para a época de arrefecimento apresentaram

desvios mais acentuados durante o horário diurno, altura do dia em que o consumo pode variar mais devido

às atividades a decorrer nas instalações, apresentando uma aproximação muito boa ao consumo do edifício

nos restantes momentos de consumo.

Perfis de Época de Arrefecimento

A validação do modelo em Época de Arrefecimento foi amplamente dificultada pelo facto de um dos

principais componentes da Central de “Frio” se encontrar em avaria técnica, pelo que apenas foi possível

testar a previsão feita com base em perfis que incluíssem a utilização do Ciclo de Emergência.

Assim sendo, foram identificados 5 pontos sensíveis no perfil em dias úteis de utilização de Ciclo de

Emergência:

O início do horário diurno, das 7 às 10 horas, em que se dá o arranque dos Chillers e em

que uma ligeira diferença de arranque de 30 minutos provoca, no Período I e III um erro

horário de mais de 100% face ao Consumo horário real, em cerca de 60% dos dias durante

o Período III e em mais de 90% dos dias durante o Período I. No Período II significou um

afastamento do consumo de 60% a 100%, acontecendo isto em cerca de 90% dos dias,

durante o mesmo horário.

O fim do horário diurno, das 19 às 21 horas, desta vez estando relacionado com a

interrupção do funcionamento dos Chillers, particularmente nos Períodos I e III, com um

afastamento do consumo face ao perfil entre 60% a 100% em 90% dos dias às 18 horas no

Período I e de mais de 40% em mais de 50% dos dias durante o Período III.

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74

Os consumos previstos horários ao longo do horário diurno em dias úteis são inferiores

aos consumos reais, especialmente durante o Período III, em que o erro horário se encontra

abaixo dos 10% às 9 horas em cerca de 60% dos dias e vai aumentando de frequência e

magnitude até se encontrar entre os 40% e 60% de erro horário em 20% dos dias.

O Período IV, verificou algumas diferenças significativas relativamente ao perfil previsto.

Tal deve-se a um comportamento diferenciado do consumo de eletricidade durante o mês

de Agosto, que é definido por um consumo muito inferior a outros meses, o que não

aconteceu durante o ano analisado e que resultou em erros horários e diários mais

elevados, tendo-se mesmo verificado dias em que o sistema de climatização foi utilizado, o

que não se encontra previsto pelo modelo criado.

Por outro lado, apesar de os dias não-úteis também registarem pontos sensíveis semelhantes aos

vistos em dias úteis, nomeadamente erros horários durante o fim do horário diurno de 20 a 40 % em 30 %

dos dias, nos restantes dias os erros horários permaneceram abaixo dos 10% ao longo do dia.

O erro diário médio permite verificar que os pontos sensíveis que mais se refletem na diferença

entre consumo real e previsto são os referentes ao início e durante o horário diurno, nomeadamente em

dias úteis no Período I com um erro diário médio de 12,46 %, no Período III com 17,71 %, e em dias não-

úteis, ao sábado e domingo durante o Período IV com 11,75 % e 11,38 %, respetivamente.

Os perfis também apresentaram algumas limitações quanto à utilização do perfil de Ciclo de

Emergência para dias não úteis, já que até à data, não havia registo da utilização deste ciclo em dias não

úteis. O perfil adotado para esta situação, apenas a título de análise, foi no modo de Central fora de operação

no que resultaram desvios dos perfis diários em cerca de 33 % e em erros horários mais de 100% ao longo

do horário diurno. Situação semelhante ocorreu durante o mês de Agosto, em que foi registada a utilização

da Central em Ciclo de Emergência. Não havendo previsão para esta situação, a utilização do perfil de

consumo com ciclo de Emergência de outros períodos mostrou adequar-se pouco a esta situação.

É também de salientar a adequação do perfil criado nos meses de época de Aquecimento e nos

meses de Arrefecimento, particularmente durante o mês de Junho, que compõem a grande maioria dos dias

em Período II.

Em suma, foi possível verificar que o modelo de previsão tem algum grau de incerteza em vários

dos perfis apresentados, nomeadamente em períodos em que o comportamento da gestão do sistema de

climatização é diferente do assumido pelo modelo e em vários pontos sensíveis do dia, como o início e fim

do horário diurno e a progressão do consumo ao longo do dia, em época de Arrefecimento. A época de

Aquecimento, comparativamente à de Arrefecimento apresentou desvios mais modestos face ao consumo

registado, o que pode ser revisto nos desvios em consumos mensais, onde os meses de Aquecimento

registam desvios até 5,75% enquanto os meses de Arrefecimento chegam aos 14,21%. Por outro lado, a

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75

previsão do consumo em termos diários e mensais apresenta uma adequação apreciável do modelo ao

consumo real do edifício, para as duas épocas. Dito isto, a partir da ferramenta criada em Matlab é possível

gerir os parâmetros de utilização do modelo, resultando numa utilização simples a partir de variáveis de

controlo de fácil acesso.

Melhorias Futuras

A validação do modelo ficou muito limitada por causa da avaria no banco de gelo, componente

importante não só na operação eficiente da Central de “Frio” como nos parâmetros utilizados no

desenvolvimento do modelo apresentado, pelo que uma validação depois do reparo do banco de gelo e da

acumulação de dados suficientes para uma validação completa do modelo e as conclusões daí tiradas iriam

melhorar o modelo.

Para além disso, o desenvolvimento do programa de modo a haver respostas em tempo real, via

integração de funcionalidades como o registo das temperaturas máximas e registo de modificações no

estado da Central de “Frio”, e a implementação de um algoritmo de decisão que permitisse a otimização do

consumo de energia face ao estado da Central de “Frio”, representariam os primeiros passos na criação de

um sistema de gestão mais ativa no Taguspark.

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76

REFERÊNCIAS

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[5] Departamento de Planeamento e Estatística e Direcção Geral de Energia e Geologia, “Balanço Energético 2009,” 2009.

[6] Departamento de Planeamento e Estatística e Direcção Geral de Energia e Geologia, “Balanço Energético 2010,” 2010.

[7] Departamento de Planeamento e Estatística e Direcção Geral de Energia e Geologia, “Balanço Energético 2011,” 2015.

[8] Departamento de Planeamento e Estatística e Direcção Geral de Energia e Geologia, “Balanço Energético 2012,” 2012.

[9] Departamento de Planeamento e Estatística e Direcção Geral de Energia e Geologia, “Balanço Energético Provisório 2013,” 2013.

[10] A. Afram and F. Janabi-shari, “Theory and applications of HVAC control systems - A review of model predictive control ( MPC ),” Build. Environ., vol. 72, pp. 343–355, 2014.

[11] Programa da Eficiência Energética da Administração Pública, “Barómetro de Eficiência Energética e Baixo Carbono na Administração Pública.” [Online]. Available: http://ecoap.adene.pt/barometro.

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[16] A. Kusiak, F. Tang, and G. Xu, “Multi-objective optimization of HVAC system with an evolutionary computation algorithm,” Energy, vol. 36, no. 5, pp. 2440–2449, May 2011.

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[28] P. Borah, M. K. Singh, and S. Mahapatra, “Estimation of degree-days for different climatic zones of North-East India,” Sustain. Cities Soc., vol. 14, pp. 70–81, Feb. 2015.

[29] Laboratório Nacional de Energia e Geologia, “Climatologia e Anos Meteorológicos de Referência para o Sistema Nacional de Certificação de Edifícios”, 2013.

[30] K. F. Fong, V. I. Hanby, and T. T. Chow, “System optimization for HVAC energy management using the robust evolutionary algorithm,” Appl. Therm. Eng., vol. 29, no. 11–12, pp. 2327–2334, 2009.

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[33] X. He, Z. Zhang, and A. Kusiak, “Performance optimization of HVAC systems with computational intelligence algorithms,” Energy Build., vol. 81, pp. 371–380, Oct. 2014.

[34] A. Kusiak, M. Li, and F. Tang, “Modeling and optimization of HVAC energy consumption,” Appl. Energy, vol. 87, no. 10, pp. 3092–3102, 2010.

[35] “Calendário Escolar 2013/2014.” [Online]. Disponível em: http://tecnico.ulisboa.pt/files/alunos/Cal_Escolar_20132014.pdf.

[36] “Calendário Escolar 2014/2015.” [Online]. Disponível em: https://tecnico.ulisboa.pt/files/alunos/CalendarioEscolar_2014_2015.pdf.

[37] “Calendário Escolar 2015/2016.” [Online]. Disponível em: http://tecnico.ulisboa.pt/files/alunos/CalendarioEscolar_2015_2016.pdf.

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ANEXOS

A. Menus de Interface de Gestão

Figura 0.1 - Menu do Interface de Gestão - "Central de Produção: Chiller"

Figura 0.2 - Menu do Interface de Gestão - "Central de Produção: Banco de Gelo"

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Figura 0.3 - Menu do Interface de Gestão - "Central de Produção: Distribuição"

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B. Curvas de Calibração Horárias

Dias úteis

Dia útil

Período I

Ciclos da Central de “Frio”

A

Média Desvio Relação Chf Versus Tmax Coeficiente de Determinação

3h - 4h 371,2 11,40% 𝐶ℎ𝑓 = 5,2403𝑇𝑚𝑎𝑥 + 257,5 0,2835 (14)

4h - 5h 180 31,30% 𝐶ℎ𝑓 = 6,253𝑇𝑚𝑎𝑥 + 44,36 0,2296 (15)

17h - 18h 223,5 10,60% 𝐶ℎ𝑓 = 0,2139𝑇𝑚𝑎𝑥 + 218,89 0,0015 (16)

Tabela 0.1 – Curvas de Calibração com Ciclo A, Período I e em dia útil

Dia útil

Período II

Ciclos da Central de “Frio

A

Média Desvio Relação Chf Versus Tmax Coeficiente de Determinação

3h - 4h 362,8 14,00% 𝐶ℎ𝑓 = −29,082𝑇𝑚𝑎𝑥 + 928,4 0,6603 (17)

4h - 5h 160,2 24,10% 𝐶ℎ𝑓 = −26,899𝑇𝑚𝑎𝑥 + 683,37 0,9801 (18)

17h - 18h 227,9 11,10% 𝐶ℎ𝑓 = −10,212𝑇𝑚𝑎𝑥 + 426,55 0,3265 (19)

Tabela 0.2 - Curvas de Calibração com Ciclo A, Período II e em dia útil

Dia útil

Período II

Ciclos da Central de “Frio

B

Média Desvio Relação Chf Versus Tmax Coeficiente de Determinação

(20)

4h - 5h 311,7 12,30% 𝐶ℎ𝑓 = −2,1317𝑇𝑚𝑎𝑥 + 362,37 0,0317 (21)

15h - 16h 313,6 27,50% 𝐶ℎ𝑓 = −3,6403𝑇𝑚𝑎𝑥 + 400,16 0,0181 (22)

16h - 17h 359,9 21,00% 𝐶ℎ𝑓 = 3,0809𝑇𝑚𝑎𝑥 + 286,61 0,0168 (23)

Tabela 0.3 - Curvas de Calibração com Ciclo B, Período II e em dia útil

Dia útil

Período III

Ciclos da Central de “Frio

B

Média Desvio Relação Chf Versus Tmax Coeficiente de Determinação

4h - 5h 261 20,70% 𝐶ℎ𝑓 = 7,0978𝑇𝑚𝑎𝑥 + 76,918 0,2064 (24)

5h - 6h 149,8 49,70% 𝐶ℎ𝑓 = 14,828𝑇𝑚𝑎𝑥 − 227,72 0,4642 (25)

15h - 16h 255,6 12,60% 𝐶ℎ𝑓 = 5,7358𝑇𝑚𝑎𝑥 + 108,36 0,3685 (26)

16h - 17h 352,9 23,60% 𝐶ℎ𝑓 = 14,269𝑇𝑚𝑎𝑥 − 4,0004 0,3902 (27)

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82

17h - 18h 365,4 17,00% 𝐶ℎ𝑓 = 8,2834𝑇𝑚𝑎𝑥 + 163,12 0,3044 (28)

18h - 19h 232,8 17,60% 𝐶ℎ𝑓 = 5,3379𝑇𝑚𝑎𝑥 + 95,082 0,1989 (29)

Tabela 0.4 - Curvas de Calibração com Ciclo B, Período III e em dia útil

Dia útil

Período I

Ciclos da Central de “Frio

C

Média Desvio Relação Chf Versus Tmax Coeficiente de Determinação

0h - 1h 138,6 2,4% 𝐶ℎ𝑓 = 0,1534𝑇𝑚𝑎𝑥 + 134,95 0,0643 (30)

1h - 2h 134,5 2,2% 𝐶ℎ𝑓 = 0,1178𝑇𝑚𝑎𝑥 + 131,7 0,0493 (31)

2h - 3h 131,7 1,6% 𝐶ℎ𝑓 = −0,0628𝑇𝑚𝑎𝑥 + 133,16 0,0221 (32)

3h - 4h 129,6 1,2% 𝐶ℎ𝑓 = 0,0662𝑇𝑚𝑎𝑥 + 127,98 0,0418 (33)

4h - 5h 127,8 1,6% 𝐶ℎ𝑓 = 0,1092𝑇𝑚𝑎𝑥 + 125,1 0,0764 (34)

5h - 6h 128,2 1,3% 𝐶ℎ𝑓 = 0,1907𝑇𝑚𝑎𝑥 + 123,61 0,2552 (35)

6h - 7h 133,4 1,4% 𝐶ℎ𝑓 = 0,1655𝑇𝑚𝑎𝑥 + 129,5 0,1233 (36)

7h - 8h 258,4 33,0% 𝐶ℎ𝑓 = 1,0992𝑇𝑚𝑎𝑥 + 232,23 0,0046 (37)

8h - 9h 341,0 10,2% 𝐶ℎ𝑓 = 1,5363𝑇𝑚𝑎𝑥 + 304,39 0,0436 (38)

9h - 10h 344,9 7,2% 𝐶ℎ𝑓 = 4,5808𝑇𝑚𝑎𝑥 + 235,78 0,6631 (39)

10h - 11h 361,3 6,5% 𝐶ℎ𝑓 = 3,2629𝑇𝑚𝑎𝑥 + 283,59 0,3748 (40)

11h - 12h 379,3 7,0% 𝐶ℎ𝑓 = 4,1836𝑇𝑚𝑎𝑥 + 279,69 0,4189 (41)

12h - 13h 383,9 6,4% 𝐶ℎ𝑓 = 4,2362𝑇𝑚𝑎𝑥 + 283,01 0,4927 (42)

13h - 14h 389,3 6,8% 𝐶ℎ𝑓 = 5,0377𝑇𝑚𝑎𝑥 + 269,29 0,5672 (43)

14h - 15h 392,9 7,3% 𝐶ℎ𝑓 = 5,2392𝑇𝑚𝑎𝑥 + 268,08 0,5602 (44)

15h - 16h 397,8 7,8% 𝐶ℎ𝑓 = 5,5213𝑇𝑚𝑎𝑥 + 266,31 0,5235 (45)

16h - 17h 398,4 7,2% 𝐶ℎ𝑓 = 5,532𝑇𝑚𝑎𝑥 + 266,62 0,5494 (46)

17h - 18h 386,8 8,0% 𝐶ℎ𝑓 = 4,8982𝑇𝑚𝑎𝑥 + 270,18 0,5028 (47)

18h - 19h 335,0 6,4% 𝐶ℎ𝑓 = 2,9324𝑇𝑚𝑎𝑥 + 265,16 0,4609 (48)

19h - 20h 210,7 5,7% 𝐶ℎ𝑓 = −0,7759𝑇𝑚𝑎𝑥 + 229,14 0,0995 (49)

20h - 21h 181,7 4,9% 𝐶ℎ𝑓 = −0,411𝑇𝑚𝑎𝑥 + 191,46 0,0551 (50)

21h - 22h 154,3 5,1% 𝐶ℎ𝑓 = −0,0065𝑇𝑚𝑎𝑥 + 154,45 2E − 05 (51)

22h - 23h 147,0 4,7% 𝐶ℎ𝑓 = −0,0341𝑇𝑚𝑎𝑥 + 147,83 0,0007 (52)

23h - 24h 143,6 4,5% 𝐶ℎ𝑓 = −0,0703𝑇𝑚𝑎𝑥 + 145,23 0,0032 (53)

Tabela 0.5 – Curvas de Calibração com Ciclo C, Período I e em dia útil

Sábados

Sábado

Período I

Ciclos da Central de “Frio”

A

Média Desvio Relação Chf Versus Tmax Coeficiente de Determinação

3h - 4h 351,9 18,80% 𝐶ℎ𝑓 = 15,732𝑇𝑚𝑎𝑥 + 12,114 0,8591 (54)

4h - 5h 199,6 40,80% 𝐶ℎ𝑓 = 20,592𝑇𝑚𝑎𝑥 − 245,2 0,9755 (55)

17h - 18h 208,4 21,30% 𝐶ℎ𝑓 = 9,4619𝑇𝑚𝑎𝑥 + 4,0387 0,69 (56)

18h - 19h 158,6 14,40% 𝐶ℎ𝑓 = 4,854𝑇𝑚𝑎𝑥 + 53,737 0,6856 (57) Tabela 0.6 - Curvas de Calibração com Ciclo A, Período I e ao Sábado

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83

Sábado

Período II+III

Ciclos da Central de “Frio”

A

Média Desvio Relação Chf Versus Tmax Coeficiente de Determinação

3h - 4h 392,5 14,00% 𝐶ℎ𝑓 = 0,6269𝑇𝑚𝑎𝑥 + 395,01 0,1018 (58)

4h - 5h 250,9 31,10% 𝐶ℎ𝑓 = 2,3783𝑇𝑚𝑎𝑥 + 208,58 0,0255 (59)

17h - 18h 207 23,70% 𝐶ℎ𝑓 = 7,5741𝑇𝑚𝑎𝑥 + 23,072 0,4088 (60)

18h - 19h 162,1 19,30% 𝐶ℎ𝑓 = 3,5365𝑇𝑚𝑎𝑥 + 77,459 0,2253 (61) Tabela 0.7 - Curvas de Calibração com Ciclo A, Período II+III e ao Sábado

Domingos

Domingo

Período I

Ciclos da Central de “Frio”

A

Média Desvio Relação Chf Versus Tmax Coeficiente de Determinação

4h - 5h 217,1 31,30% 𝐶ℎ𝑓 = 18,231𝑇𝑚𝑎𝑥 − 168,81 0,7188 (62)

Tabela 0.8 - Curvas de Calibração com Ciclo A, Período I e ao Domingo

Domingo

Período II+III

Ciclos da Central de “Frio”

A

Média Desvio Relação Chf Versus Tmax Coeficiente de Determinação

4h - 5h 228,8 27,80% 𝐶ℎ𝑓 = 7,0796𝑇𝑚𝑎𝑥 + 54,148 0,255 (63)

Tabela 0.9 - Curvas de Calibração com Ciclo A, Período II+III e ao Domingo

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C. Ficheiros de Entrada

Calendário.txt

Exames1 1-Jan-2015 31-Jan-2015 2 Pausa 1-Fev-2015 15-Fev-2015 4 PeriodoAulas 16-Fev-2015 29-Mai-2015 1 Carnaval 16-Fev-2015 17-Fev-2015 4 FériasPascoa 1-Apr-2015 7-Apr-2015 4 Exames2 30-Mai-2015 4-Jul-2015 2 ÉpocaEspecial 5-Jul-2015 31-Jul-2015 3 FériasVerão 1-Ago-2015 31-Ago-2015 4 IniciodoAnoLectivo 1-Set-2015 13-Set-2015 1 Aulas 14-Set-2015 20-Dez-2015 1 FériasNatal 21-Dez-2015 29-Dez-2015 4 Exames 30-Dez-2015 31-Dez-2015 2

Feriados.txt

1-Jan-2015 3-Abr-2015 1-Mai-2015 10-Jun-2015 8-Dez-2015 25-Dez-2015

D. Perfis

TabelaPerfil1.txt

20.3 262.9 9.5 406.2 10.0 402.0 42.4 371.2 5.2403 257.5 0.2835 56.2 180.0 6.253 44.36 0.2296 2.1 124.8 3.0 128.0 2.4 118.6 14.0 190.4 12.1 220.2 8.8 211.1 8.2 217.6 8.2 224.2 9.3 225.4 8.6 222.8 6.3 223.0 12.6 221.5 23.8 223.5 0.2139 218.89 0.0015 14.4 194.9 9.0 163.0 7.8 157.9 6.4 148.7 6.4 143.9

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85

7.2 142.2

TabelaPerfil2.txt

18.2 276.5 7.0 417.8 7.5 416.1 7.3 412.5 38.2 311.7 -2.1317 362.37 0.0317 4.8 129.2 4.7 127.5 5.7 121.5 9.5 195.5 10.1 248.0 13.3 256.0 13.8 262.0 13.1 264.1 12.0 266.0 21.0 269.4 86.4 313.6 -3.64030 400.16 0.0181 75.7 359.9 3.08090 286.61 0.0168 28.0 406.0 22.5 273.5 11.0 173.3 8.1 159.9 6.4 148.3 6.5 145.0 6.1 143.9

TabelaPerfil3.txt

14.7 276.1 6.7 409.9 7.7 406.8 50.9 362.8 -29.082 928.4 0.6603 38.6 160.2 -26.899 683.37 0.9801 1.7 123.6 3.2 122.8 2.0 115.3 5.2 172.8 8.1 208.7 15.9 214.3 13.7 220.7 10.9 229.1 9.5 228.8 12.8 226.1 13.2 233.3 21.2 232.5 25.4 227.9 -10.212 426.55 0.3265 15.0 192.1 11.4 156.1 4.3 153.8 3.7 148.6 5.9 144.8 5.8 140.9

TabelaPerfil4.txt

22.84096657 288.02 11.48013766 419.46 5.37 416.08

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86

5.37 413.71 55.61 258.56 7.0978 76.918 0.2064 77.47 151.75 14.828 -227.72 0.4642 5.38 128.23 6.93 120.52 13.35 182.19 19.21 221.02 9.01 230.23 8.57 239.31 11.68 240.35 10.68 236.48 12.39 238.08 33.63 255.15 5.7358 108.36 0.3685 81.32 361.17 14.269 -4.0004 0.3902 53.45 375.10 8.2834 163.12 0.3044 42.61 231.69 5.3379 95.082 0.1989 9.49 145.65 7.48 142.13 7.59 140.15 8.05 137.54 8.00 135.88

TabelaPerfil5.txt

2.9 104.3 2.5 103.5 2.6 103.3 2.3 103.3 2.2 102.9 2.4 102.2 2.3 99.6 2.9 88.1 3.7 89.6 3.7 93.8 4.3 99.5 5.1 102.6 6.3 103.3 5.5 100.7 5.4 102.6 6.0 105.0 5.4 103.1 3.8 99.5 3.8 97.7 4.0 97.0 4.0 103.9 4.4 108.0 3.9 106.9 3.7 107.1

TabelaPerfil6.txt

17.3 251.6 9.3 396.5 9.0 390.5 66.3 351.9 15.732 12.114 0.8591 81.4 199.6 20.592 -245.21 0.9755 2.7 118.9 2.5 116.3 0.5 104.2 3.6 140.2 5.8 175.6

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87

7.2 177.2 6.6 176.0 5.3 176.4 1.3 179.4 3.5 179.3 6.5 182.9 5.6 184.9 44.5 208.4 9.4619 4.0387 0.69 22.9 158.6 4.854 53.737 0.6856 5.1 114.8 0.7 125.7 2.1 130.6 0.9 130.2 1.9 131.8

TabelaPerfil7.txt

11.5 255.9 6.0 396.3 6.4 392.3 4.0 388.7 67.9 217.1 18.231 -168.81 0.7188 3.0 119.7 1.9 117.2 2.9 102.6 3.1 96.0 2.1 96.6 3.6 99.4 2.8 100.8 2.4 101.3 2.9 103.5 5.1 105.0 6.6 106.0 5.6 108.0 3.8 110.1 3.8 110.8 5.0 116.0 4.5 123.7 2.8 131.8 5.6 134.8 2.6 133.7

TabelaPerfil8.txt

25.9 274.0 12.3 407.6 12.3 407.0 54.8 392.5 0.6269 395.01 0.1018 78.0 250.9 2.3783 208.58 0.0255 4.3 124.0 4.8 120.4 5.9 109.2 9.3 146.6 7.0 176.8 6.6 177.3 6.9 176.9 8.8 177.5 7.3 177.5 7.2 177.1

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88

7.4 178.7 7.1 181.5 49.0 207.0 7.5741 23.072 0.4088 31.3 162.1 3.5365 77.459 0.2253 5.3 116.7 5.1 128.1 3.8 132.4 4.3 132.7 4.9 132.9

TabelaPerfil9.txt

27.8 281.5 13.7 412.4 10.0 411.7 10.1 409.2 63.7 228.8 7.0796 54.148 0.255 5.0 125.4 5.1 121.8 4.8 107.5 5.1 102.0 4.7 102.1 5.0 103.6 4.6 104.5 5.0 105.8 4.5 107.1 4.5 109.2 5.9 111.7 5.5 114.4 5.5 115.4 5.9 115.9 5.5 115.5 5.4 126.6 5.3 133.2 4.2 134.4 4.8 134.8

TabelaPerfil15.txt

3.3 138.6 0.1534 134.95 0.0643 3.0 134.5 0.1178 131.7 0.0493 2.0 131.7 -0.0628 133.16 0.0221 1.6 129.6 0.0662 127.98 0.0418 2.0 127.8 0.1092 125.1 0.0764 1.7 128.2 0.1907 123.61 0.2552 1.9 133.4 0.1655 129.5 0.1233 85.2 258.4 1.0992 232.23 0.0046 34.7 341 1.5363 304.39 0.0436 24.9 344.9 4.5808 235.78 0.6631 23.6 361.3 3.2629 283.59 0.3748 26.7 379.3 4.1836 279.69 0.4189 24.4 383.9 4.2362 283.01 0.4927 26.3 389.3 5.0377 269.29 0.5672 28.8 392.9 5.2392 268.08 0.5602 31.2 397.8 5.5213 266.31 0.5235 28.7 398.4 5.532 266.62 0.5494 30.8 386.8 4.8982 270.18 0.5028 21.5 335 2.9324 265.16 0.4609 12.0 210.7 -0.7759 229.14 0.0995

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89

9.0 181.7 -0.411 191.46 0.0551 7.9 154.3 -0.0065 154.45 0.00002 6.9 147 -0.0341 147.83 0.0007 6.4 143.6 -0.0703 145.23 0.0032

TabelaPerfil16.txt

2.2 101.6 2.4 99.8 2.6 99.7 2.4 100.1 3.1 100.1 1.7 100.2 1.9 97.1 2.2 85.4 2.1 84.0 2.2 82.9 2.1 84.0 2.4 84.1 3.3 84.1 2.9 83.3 3.3 84.1 4.5 85.6 4.5 87.0 4.8 87.4 5.3 88.9 6.1 89.9 5.1 102.6 5.3 107.2 5.5 106.6 5.5 106.8

TabelaPerfil17.txt

5.0 104.2 4.0 103.0 3.8 102.6 3.7 102.4 3.4 101.6 3.6 102.4 3.3 98.9 2.4 86.1 1.6 79.9 1.3 79.1 1.7 78.5 1.8 79.3 2.4 79.9 2.8 81.4 2.6 81.6 3.9 83.4 2.9 84.9 2.1 85.0 3.2 86.7 3.0 86.6 2.6 96.7 0.7 103.5 1.1 103.1 2.6 103.9

TabelaPerfil18.txt

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90

2.5 127.9 2.8 125.9 2.5 124.4 2.1 123.4 2.3 123.0 1.8 121.9 1.4 120.8 3.5 121.7 3.0 116.5 4.5 116.5 3.9 118.9 6.1 118.7 4.1 117.8 3.7 118.4 4.2 119.6 6.1 125.0 9.6 128.9 7.5 129.3 4.7 123.7 9.2 131.5 4.8 137.5 3.4 136.2 2.6 132.3 2.3 132.0

TabelaPerfil19.txt

2.9 130.4 2.6 128.2 1.7 126.4 1.9 125.9 1.4 124.9 0.8 124.4 1.5 122.8 4.2 120.7 2.8 107.0 1.5 103.2 1.2 104.2 1.7 104.3 1.4 106.1 2.1 107.1 2.0 110.7 2.2 114.5 5.7 119.0 7.1 121.8 7.9 123.7 9.8 135.0 8.0 142.7 4.6 142.1 3.4 141.4 2.9 140.3

TabelaPerfil20.txt

7.0 141.1 6.4 137.2 6.5 134.1 5.9 131.5 5.5 129.2 5.1 128.8 4.8 132.3 7.6 132.0

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91

9.8 172.2 16.2 199.9 19.4 218.2 20.2 226.4 18.9 231.0 18.3 230.9 19.5 230.4 19.8 229.1 22.4 224.7 25.8 218.3 25.0 212.4 18.7 206.3 11.2 182.9 8.2 160.2 8.8 150.1 8.5 146.9

TabelaPerfil21.txt

5.3 142.8 5.1 140.8 5.3 138.4 5.3 135.6 4.7 133.2 4.7 132.4 5.5 130.1 6.9 129.6 9.3 159.6 12.0 185.0 13.5 197.2 15.4 207.2 15.7 209.1 15.9 208.0 16.5 210.3 15.3 210.3 15.2 207.3 11.7 208.8 11.1 205.6 9.5 194.8 8.3 175.6 9.1 159.9 6.2 149.0 5.4 146.6

TabelaPerfil22.txt

3.3 131.3 3.7 130.4 2.9 129.0 3.1 127.3 2.9 126.2 3.0 126.3 3.5 125.5 6.2 123.8 7.3 141.6 10.8 158.5 14.9 167.0 17.5 173.4 15.0 173.2 14.8 172.8

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92

15.8 173.8 17.2 177.9 15.9 173.7 14.8 172.5 14.0 168.5 11.7 160.9 5.9 149.1 5.9 141.0 6.5 135.9 6.4 134.9

TabelaPerfil23.txt

5.9 132.4 4.0 128.7 3.8 127.3 3.5 125.2 3.4 123.9 3.3 121.8 4.0 119.6 8.7 114.9 7.6 113.2 8.1 115.6 9.5 118.4 9.7 118.2 8.6 118.3 7.4 117.1 8.3 118.4 7.8 121.8 7.7 123.3 10.9 129.9 11.2 133.6 8.3 137.9 7.3 141.8 6.3 140.2 6.0 137.3 5.6 136.8

TabelaPerfil24.txt

4.6 135.6 5.4 131.9 4.7 129.4 3.4 128.0 3.3 125.9 4.2 124.6 4.3 122.1 3.4 114.7 3.4 113.0 5.6 121.4 5.5 126.1 6.9 123.7 4.8 118.3 3.5 115.1 4.2 112.1 4.3 115.8

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93

5.1 117.9 5.9 131.1 7.2 140.8 7.8 140.1 9.9 142.8 8.4 142.7 6.6 139.3 7.8 139.7

TabelaPerfil25.txt

5.7 127.5 3.7 126.3 3.8 125.3 3.7 123.3 4.3 122.0 4.3 120.9 5.0 119.0 8.8 113.5 10.1 107.7 9.8 108.9 9.0 109.0 10.5 110.3 10.9 111.8 10.5 111.3 8.8 112.7 6.2 114.7 4.3 115.5 7.7 123.5 10.1 129.4 6.3 131.0 4.9 131.5 4.5 131.4 2.6 129.2 3.5 129.9

TabelaPerfil26.txt

5.0 134.0 5.5 131.9 4.5 130.0 4.3 127.4 4.1 125.5 3.8 124.1 4.3 122.5 8.2 113.9 5.9 103.1 4.7 101.5 5.6 102.5 5.4 103.5 5.9 105.7 5.5 107.1 5.0 109.4 6.0 112.4 5.8 115.1 9.1 123.4 11.1 128.9 7.5 134.3 6.7 139.0

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94

6.2 140.8 5.8 139.3 5.0 138.1

TabelaPerfil27.txt

3.4 140.3 3.8 137.1 2.9 136.5 5.3 135.9 5.3 133.0 3.2 130.4 3.5 126.1 3.6 114.8 4.7 106.1 4.3 103.6 4.2 103.9 3.6 105.7 3.8 106.3 3.7 110.4 2.0 111.9 1.2 115.1 2.1 121.4 4.2 133.6 4.1 143.4 4.9 144.8 6.6 146.3 2.4 144.4 3.1 144.6 3.1 144.4

TabelaPerfil28.txt

3.6 128.4 3.4 126.5 3.0 125.5 2.7 124.0 2.9 123.5 2.6 123.2 3.1 121.6 7.5 112.4 5.3 101.5 2.9 100.4 2.3 99.4 1.2 99.3 1.8 100.6 2.3 101.7 3.2 103.9 4.5 106.4 3.4 108.9 6.0 117.8 8.7 124.0 5.3 126.1 4.8 130.1 4.1 131.0 3.7 130.0 2.5 129.5

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95

E. Programa

Main.m

close all clear all clc

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%Criação da Lista de dias do ano escolhido info [data %%%%%%%%%%%%%%%%%%%diadasemana periodo]%%%%%%%%%%%%%%%

ano=2015;%será um ano em que haja períodos definidos dataobj=datevec('01-01','dd-mm'); dataobj(1,1)=ano; dataobj=datenum(dataobj);

i=0; %inicializar ciclo n=yeardays(ano); %número de dias do ano m=6; %[ano,mês,dia,hora,minuto,segundo]

info=cell(n,1);%uma célula para cada dia info{1,1}=datestr(dataobj);%primeira linha dos dias do ano

for i=1:n-1 % ciclo para criação dos dias do ano dataobj=addtodate(dataobj,1,'day'); info{i+1,1}=datestr(dataobj); end

abertura1=fopen('Calendário.txt'); %Acede ao ficheir Calendário if abertura1==-1 disp('Ficheiro não foi aberto com sucesso'); else calend=textscan(abertura1,'%s %s %s %s');%([Periodo datainicio datafim

códigoPeriodo] fclose(abertura1); end

for s=1:n %Atribui dias da semana [b,m]=weekday(datenum(info{s,1})); info{s,2}=b; end

[k,l]=size(calend{1}); for j=1:k %Atribui períodos aos dias do ano lendo do ficheiro Calendário

for s=1:n %número de dias do ano

if datenum(info{s,1})>=datenum(calend{2}{j})&&

datenum(info{s,1})<=datenum(calend{3}{j}) %%se estiver entre as datas, deixa indicação do período na %tabela info info{s,3}=calend{1,4}{j,1}; end end end

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96

abertura2=fopen('Feriados.txt'); %Acede ao ficheir Feriados if abertura2==-1 disp('Ficheiro não foi aberto com sucesso'); else feriados=textscan(abertura2,'%s');%([Periodo datainicio datafim

códigoPeriodo] fclose(abertura2); end [x,l]=size(feriados{1}); for r=1:n for v=1:x if datenum(info{r,1})==datenum(feriados{1}{v}) info{r,2}=8;

end end end

%---------------------------------------------------------------- %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%Pedido de Informações%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% fprintf('Introduza uma data do ano de %d\n',ano); dd=input('Dia:'); mm=input('Mês:'); X=isempty(dd); Y=isempty(mm); data=datenum([ano,mm,dd,0,0,0]);

for i=1:n %Vai buscar a informação sobre o dia if datenum(info{i,1})==data dia=info{i,2}; periodo=str2double(info{i,3}); end end

A=datenum('01-05','dd-mm',ano); B=datenum('1-11','dd-mm',ano);

if data>=A && data<B %Determina Arref=0 ou Aque=1 epoca=0; else epoca=1; end

%---------------------------------------------------------------- %%%%%%%%%%%%%%%%%%%Criação de Perfis%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

%%%%%%Aquecimento%%%%%%%%%%%%% if epoca==1 dados=aquecimento(periodo,dia); end

%%%%%%%%Arrefecimento%%%%%%%%%% if epoca==0 [dados,C,Tmax]=arrefecimento(dia,periodo); end

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97

for h=1:24 if isempty(dados{1,3}{h,1})==1 PerfilFinal(1,h)=str2double(dados{1,2}{h,1}); elseif isempty(dados{1,3}{h,1})==0

PerfilFinal(1,h)=str2double(dados{1,3}{h,1})*Tmax+str2double(dados{1,4}{h,1

});

end

end xlswrite('PerfilPrevisto.xls',PerfilFinal); xlswrite('PerfilPrevisto.xls',datestr(data),'A2');

%%Função de apresentação de gráficos de Consumos horários %--------------------------------------------------------------------------

y=[0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23]; bar(y,PerfilFinal(1,:)); axis([0 23 0 600],'auto y'); ylabel('Consumo Horário [kWh]'); xlabel('Horas');

arrefecimento.m

function [dados,C,Tmax]=arrefecimento(dia,periodo)

%%%Função de Obtenção das tabelas de consumo para a Época Arrefecimento%%% %pedido da tempmax e se há utilização de C

Tmax=input('Trata-se de um dia em Época de Arrefecimento. Introduza a

temperatura máxima esperada do dia em ºC:'); C=input('Indique se há utilização do ciclo de Emergência, com 0 para fora

de utilização e 1 para em utilização: ');

if dia==7 CentralFDS=input('Trata-se de um Sábado. Pretende utilizar a Central?

(Sim-1 , Não-0)'); elseif dia==1 CentralFDS=input('Trata-se de um Domingo. Pretende utilizar a Central?

(Sim-1 , Não-0)'); elseif dia==8 CentralFDS=input('Trata-se de um Feriado. Pretende utilizar a Central?

(Sim-1 , Não-0)'); end if C==1

if dia>=7 && dia<=8%sábado

if CentralFDS==0 abertura=fopen('TabelaPerfil18.txt'); %Acede ao ficheiro Tabela if abertura==-1 disp('Ficheiro não foi aberto com sucesso'); else dados=textscan(abertura,'%s %s %s %s %s');%[hora perfil

ajusteA ajusteB ajusteC]

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98

fclose(abertura); end elseif CentralFDS==1 abertura=fopen('TabelaPerfil6.txt'); %Acede ao ficheiro Tabela if abertura==-1 disp('Ficheiro não foi aberto com sucesso'); else dados=textscan(abertura,'%s %s %s %s %s');%[hora perfil

ajusteA ajusteB ajusteC] fclose(abertura); end end elseif dia>=2 && dia<=6 %%dia da semana abertura=fopen('TabelaPerfil15.txt'); %Acede ao ficheiro Tabela if abertura==-1 disp('Ficheiro não foi aberto com sucesso'); else dados=textscan(abertura,'%s %s %s %s %s');%[hora perfil ajusteA

ajusteB ajusteC] fclose(abertura); end elseif dia==1 %%domingo

if CentralFDS==0 abertura=fopen('TabelaPerfil19.txt'); %Acede ao ficheiro Tabela if abertura==-1 disp('Ficheiro não foi aberto com sucesso'); else dados=textscan(abertura,'%s %s %s %s %s');%[hora perfil

ajusteA ajusteB ajusteC] fclose(abertura); end elseif CentralFDS==1 abertura=fopen('TabelaPerfil7.txt'); %Acede ao ficheiro Tabela if abertura==-1 disp('Ficheiro não foi aberto com sucesso'); else dados=textscan(abertura,'%s %s %s %s %s');%[hora perfil

ajusteA ajusteB ajusteC] fclose(abertura); end end end

end

if C==0

if periodo==1 && dia>=7 && dia<=8 %sábado

if CentralFDS==0 abertura=fopen('TabelaPerfil18.txt'); %Acede ao ficheiro Tabela if abertura==-1 disp('Ficheiro não foi aberto com sucesso'); else dados=textscan(abertura,'%s %s %s %s %s');%[hora perfil

ajusteA ajusteB ajusteC] fclose(abertura); end elseif CentralFDS==1

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99

abertura=fopen('TabelaPerfil6.txt'); %Acede ao ficheiro Tabela if abertura==-1 disp('Ficheiro não foi aberto com sucesso'); else dados=textscan(abertura,'%s %s %s %s %s');%[hora perfil

ajusteA ajusteB ajusteC] fclose(abertura); end end

elseif periodo==1 && dia>=2 && dia<=6 && Tmax<=23%%dia da semana ciclo

A abertura=fopen('TabelaPerfil1.txt'); %Acede ao ficheiro Tabela if abertura==-1 disp('Ficheiro não foi aberto com sucesso'); else dados=textscan(abertura,'%s %s %s %s %s');%[hora perfil ajusteA

ajusteB ajusteC] fclose(abertura); end

elseif periodo==1 && dia>=2 && dia<=6 && Tmax>23%%dia da semana ciclo B abertura=fopen('TabelaPerfil2.txt'); %Acede ao ficheiro Tabela if abertura==-1 disp('Ficheiro não foi aberto com sucesso'); else dados=textscan(abertura,'%s %s %s %s %s');%[hora perfil ajusteA

ajusteB ajusteC] fclose(abertura); end elseif periodo==1 && dia==1 %%domingo

if CentralFDS==0 abertura=fopen('TabelaPerfil19.txt'); %Acede ao ficheiro Tabela if abertura==-1 disp('Ficheiro não foi aberto com sucesso'); else dados=textscan(abertura,'%s %s %s %s %s');%[hora perfil

ajusteA ajusteB ajusteC] fclose(abertura); end elseif CentralFDS==1 abertura=fopen('TabelaPerfil7.txt'); %Acede ao ficheiro Tabela if abertura==-1 disp('Ficheiro não foi aberto com sucesso'); else dados=textscan(abertura,'%s %s %s %s %s');%[hora perfil

ajusteA ajusteB ajusteC] fclose(abertura); end

end end

if periodo==2 && dia>=7 && dia<=8%sábado

if CentralFDS==0 abertura=fopen('TabelaPerfil18.txt'); %Acede ao ficheiro Tabela if abertura==-1 disp('Ficheiro não foi aberto com sucesso');

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100

else dados=textscan(abertura,'%s %s %s %s %s');%[hora perfil

ajusteA ajusteB ajusteC] fclose(abertura); end elseif CentralFDS==1 abertura=fopen('TabelaPerfil8.txt'); %Acede ao ficheiro Tabela if abertura==-1 disp('Ficheiro não foi aberto com sucesso'); else dados=textscan(abertura,'%s %s %s %s %s');%[hora perfil

ajusteA ajusteB ajusteC] fclose(abertura); end end elseif periodo==2 && dia>=2 && dia<=6 && Tmax<=21 %%dia da semana abertura=fopen('TabelaPerfil3.txt'); %Acede ao ficheiro Tabela if abertura==-1 disp('Ficheiro não foi aberto com sucesso'); else dados=textscan(abertura,'%s %s %s %s %s');%[hora perfil ajusteA

ajusteB ajusteC] fclose(abertura); end

elseif periodo==2 && dia>=2 && dia<=6 && Tmax>21 %%dia da semana abertura=fopen('TabelaPerfil2.txt'); %Acede ao ficheiro Tabela if abertura==-1 disp('Ficheiro não foi aberto com sucesso'); else dados=textscan(abertura,'%s %s %s %s %s');%[hora perfil ajusteA

ajusteB ajusteC] fclose(abertura); end elseif periodo==2 && dia==1 %%domingo

if CentralFDS==0 abertura=fopen('TabelaPerfil19.txt'); %Acede ao ficheiro Tabela if abertura==-1 disp('Ficheiro não foi aberto com sucesso'); else dados=textscan(abertura,'%s %s %s %s %s');%[hora perfil

ajusteA ajusteB ajusteC] fclose(abertura); end elseif CentralFDS==1 abertura=fopen('TabelaPerfil9.txt'); %Acede ao ficheiro Tabela if abertura==-1 disp('Ficheiro não foi aberto com sucesso'); else dados=textscan(abertura,'%s %s %s %s %s');%[hora perfil

ajusteA ajusteB ajusteC] fclose(abertura); end end end

if periodo==3 && dia>=7 && dia<=8%sábado

if CentralFDS==0 abertura=fopen('TabelaPerfil18.txt'); %Acede ao ficheiro Tabela

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101

if abertura==-1 disp('Ficheiro não foi aberto com sucesso'); else dados=textscan(abertura,'%s %s %s %s %s');%[hora perfil

ajusteA ajusteB ajusteC] fclose(abertura); end elseif CentralFDS==1 abertura=fopen('TabelaPerfil8.txt'); %Acede ao ficheiro Tabela if abertura==-1 disp('Ficheiro não foi aberto com sucesso'); else dados=textscan(abertura,'%s %s %s %s %s');%[hora perfil

ajusteA ajusteB ajusteC] fclose(abertura); end end

elseif periodo==3 && dia>=2 && dia<=6 && Tmax<=21 %%dia da semana abertura=fopen('TabelaPerfil3.txt'); %Acede ao ficheiro Tabela if abertura==-1 disp('Ficheiro não foi aberto com sucesso'); else dados=textscan(abertura,'%s %s %s %s %s');%[hora perfil ajusteA

ajusteB ajusteC] fclose(abertura); end

elseif periodo==3 && dia>=2 && dia<=6 && Tmax>21 %%dia da semana abertura=fopen('TabelaPerfil4.txt'); %Acede ao ficheiro Tabela if abertura==-1 disp('Ficheiro não foi aberto com sucesso'); else dados=textscan(abertura,'%s %s %s %s %s');%[hora perfil ajusteA

ajusteB ajusteC] fclose(abertura); end elseif periodo==3 && dia==1 %%domingo

if CentralFDS==0 abertura=fopen('TabelaPerfil19.txt'); %Acede ao ficheiro Tabela if abertura==-1 disp('Ficheiro não foi aberto com sucesso'); else dados=textscan(abertura,'%s %s %s %s %s');%[hora perfil

ajusteA ajusteB ajusteC] fclose(abertura); end elseif CentralFDS==1 abertura=fopen('TabelaPerfil9.txt'); %Acede ao ficheiro Tabela if abertura==-1 disp('Ficheiro não foi aberto com sucesso'); else dados=textscan(abertura,'%s %s %s %s %s');%[hora perfil

ajusteA ajusteB ajusteC] fclose(abertura); end end end

if periodo==4 && dia>=7 && dia<=8%sábado

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102

abertura=fopen('TabelaPerfil16.txt'); %Acede ao ficheiro Tabela if abertura==-1 disp('Ficheiro não foi aberto com sucesso'); else dados=textscan(abertura,'%s %s %s %s %s');%[hora perfil ajusteA

ajusteB ajusteC] fclose(abertura); end

elseif periodo==4 && dia>=2 && dia<=6 %%dia da semana abertura=fopen('TabelaPerfil5.txt'); %Acede ao ficheiro Tabela if abertura==-1 disp('Ficheiro não foi aberto com sucesso'); else dados=textscan(abertura,'%s %s %s %s %s');%[hora perfil ajusteA

ajusteB ajusteC] fclose(abertura); end elseif periodo==4 && dia==1 %%domingo

abertura=fopen('TabelaPerfil17.txt'); %Acede ao ficheiro Tabela if abertura==-1 disp('Ficheiro não foi aberto com sucesso'); else dados=textscan(abertura,'%s %s %s %s %s');%[hora perfil ajusteA

ajusteB ajusteC] fclose(abertura); end

end end

aquecimento.m

function dados=aquecimento(periodo,dia)

%%%Função de Obtenção das tabelas de consumo para a Época Aquecimento%%%

%Aquecimento

if periodo==1 && dia>=7 && dia<=8%sábado

abertura=fopen('TabelaPerfil23.txt'); %Acede ao ficheiro Tabela if abertura==-1 disp('Ficheiro não foi aberto com sucesso'); else dados=textscan(abertura,'%s %s %s %s %s');%[hora perfil ajusteA

ajusteB ajusteC] fclose(abertura); end elseif periodo==1 && dia>=2 && dia<=6 %%dia da semana abertura=fopen('TabelaPerfil20.txt'); %Acede ao ficheiro Tabela if abertura==-1 disp('Ficheiro não foi aberto com sucesso'); else dados=textscan(abertura,'%s %s %s %s %s');%[hora perfil ajusteA

ajusteB ajusteC]

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103

fclose(abertura); end elseif periodo==1 && dia==1 %%domingo abertura=fopen('TabelaPerfil26.txt'); %Acede ao ficheiro Tabela if abertura==-1 disp('Ficheiro não foi aberto com sucesso'); else dados=textscan(abertura,'%s %s %s %s %s');%[hora perfil ajusteA

ajusteB ajusteC] fclose(abertura); end end if periodo==2 && dia>=7 && dia<=8%sábado

abertura=fopen('TabelaPerfil24.txt'); %Acede ao ficheiro Tabela if abertura==-1 disp('Ficheiro não foi aberto com sucesso'); else dados=textscan(abertura,'%s %s %s %s %s');%[hora perfil ajusteA

ajusteB ajusteC] fclose(abertura); end elseif periodo==2 && dia>=2 && dia<=6 %%dia da semana abertura=fopen('TabelaPerfil21.txt'); %Acede ao ficheiro Tabela if abertura==-1 disp('Ficheiro não foi aberto com sucesso'); else dados=textscan(abertura,'%s %s %s %s %s');%[hora perfil ajusteA

ajusteB ajusteC] fclose(abertura); end elseif periodo==2 && dia==1 %%domingo abertura=fopen('TabelaPerfil27.txt'); %Acede ao ficheiro Tabela if abertura==-1 disp('Ficheiro não foi aberto com sucesso'); else dados=textscan(abertura,'%s %s %s %s %s');%[hora perfil ajusteA

ajusteB ajusteC] fclose(abertura); end end if periodo==4 && dia>=7 && dia<=8%sábado

abertura=fopen('TabelaPerfil25.txt'); %Acede ao ficheiro Tabela if abertura==-1 disp('Ficheiro não foi aberto com sucesso'); else dados=textscan(abertura,'%s %s %s %s %s');%[hora perfil ajusteA

ajusteB ajusteC] fclose(abertura); end elseif periodo==4 && dia>=2 && dia<=6 %%dia da semana abertura=fopen('TabelaPerfil22.txt'); %Acede ao ficheiro Tabela if abertura==-1 disp('Ficheiro não foi aberto com sucesso'); else dados=textscan(abertura,'%s %s %s %s %s');%[hora perfil ajusteA

ajusteB ajusteC] fclose(abertura); end elseif periodo==4 && dia==1 %%domingo

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abertura=fopen('TabelaPerfil28.txt'); %Acede ao ficheiro Tabela if abertura==-1 disp('Ficheiro não foi aberto com sucesso'); else dados=textscan(abertura,'%s %s %s %s %s');%[hora perfil ajusteA

ajusteB ajusteC] fclose(abertura); end end end

F. Listagem de dias com desvios mais acentuados

Sem Central de “Frio” Com Central de “Frio”

𝐸𝑑 𝐸𝑑

Dia 19 de Agosto 40,08% 58,33%

Dia 20 de Agosto 38,02% 67,15%

Dia 21 de Agosto 38,72% 57,84%

Dia 26 de Agosto 32,31% 75,42%

Dia 27 de Agosto 40,71% 51,91%

Dia 28 de Agosto 45,08% 44,03%

Tabela 0.10 - Listagem de dias com desvios mais acentuados dos perfis esperados e os erros diários