Desenvolvimento de uma bomba de calor compatível com ventilação VMC

Abstract

Cada vez mais se assiste a uma maior preocupação com o rendimento energético de edifícios, domésticos e terciários, já que a sua quota representa perto de 40% do consumo energético na UE-27, dos quais cerca de 20% dizem respeito ao aquecimento de água sanitária. Novas diretivas propostas pela União Europeia como a “Energy Performance of Buildings Directive”, que define novas metas a atingir de modo a reduzir o consumo de energia e a eliminar o desperdício de energia. Um dos pontos em que o sector da construção tem insistido, é a aplicação de sistemas de ventilação mecânica controlada com recuperação de calor, tomando um princípio denominado Passive House, em que é considerada uma série de requisitos em termos de isolamento e estanquidade do ar na casa, para que sejam diminuídas as necessidades e cargas térmicas e tornar mais eficiente o sistema de ventilação mecânica. Esta nova linha de orientação, faz com que empresas como a Bosch tenham de corresponder às futuras necessidades energéticas no seu sector. Um dos seus equipamentos desenvolvidos, é a bomba de calor para uso doméstico em aquecimento de água sanitária e uma das soluções possíveis é integrar a bomba de calor com o sistema de ventilação, em que o ar extraído pela rede de extração é dirigido para a bomba de calor e converte-se na fonte de calor da mesma. Num sistema com recuperação de calor é necessário determinar a gama de temperaturas e humidade relativa do ar de exaustão após passagem pelo permutador de calor. Para este efeito foi realizado o dimensionamento energético do permutador de calor e validado em comparação com outros modelos, o que permitiu obter um modelo matemático definido em função da geometria e condições de operação do permutador de calor que permite o cálculo da temperatura e humidade relativa resultantes da transferência de energia. Com os dados de temperatura, a análise à performance da bomba de calor mostra valores coincidentes com um bom desempenho e benefícios energéticos que o conjunto pode promover numa habitação doméstica. Após o levantamento dos requisitos e especificações, tornou-se necessário efetuar uma adaptação da estratégia de controlo para que esta conseguisse suportar os dois equipamentos em funcionamento simultâneo. A base da mesma é a variação do caudal de ar extraído de acordo com as necessidades de água quente. A alteração ao software de controlo da bomba de calor foi efetuada e testada em laboratório em condições propícias à verificação das variantes impostas pela estratégia de controlo. Os resultados da bateria de testes realizada aprovaram a aplicação do software de controlo, confirmando a adaptação do funcionamento da bomba de calor em conjunto com um sistema de ventilação.

We are increasingly seeing a greater concern with energy efficiency of buildings, domestic and tertiary, since their share represents near 40% of the energy consumption in UE-27, of which approximately 20% is related to water heating. New policies proposed by the European Union as the Energy Performance of Buildings Directive, which set targets to be achieved in order to reduce energy consumption and eliminate the waste of energy. One of the points where the construction sector has insisted is the application of controlled mechanical ventilation with heat recovery systems, using a principle called Passive House, in which a series of requirements is considered in terms of insulation and air tightness in the house so that the needs and heating loads are reduced and makes the mechanical ventilation system more efficient. This new guideline requires that companies like Bosch to meet future energy needs in their sector. One of their equipment, is a heat pump for domestic water heating and a possible solution is to integrate the heat pump with the ventilation system, in which the air extracted by the ventilation system is directed to the heat pump and is used as the heat source. In a system with heat recovery it is necessary to determine the range of temperature and relative humidity of the exhaust air after passage through the heat exchanger. For this purpose an energy sizing of the heat exchanger was conducted and validated in comparison with other models, which allowed to obtain a mathematical model defined based on the geometry and operating conditions of the heat exchanger which allows the calculation of the temperature and relative humidity resulting from the energy transfer. With the temperature data, the analysis of the heat pump performance shows that it can bring a good performance and energy benefits to a domestic house. After the assessment of the requirements and specifications it became necessary to make an adaptation of the control strategy so that it could support both equipments operating simultaneously. The basis of this control strategy is the variation of the flow rate of extracted air in accordance with the hot water needs. The change to the control of the heat pump software was made and tested in laboratory with proper conditions to verify the variants imposed by the control strategy. The results of the tests carried out established a good application of the control software, confirming the adaptation of the operation of the heat pump in combination with a ventilation system.