Dimensionamento de sistema de energia solar para aquecimento

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Nos dois primeiros posts, vimos sobre a aplicação da energia solar em sistema predial de água quente e, agora, vamos fazer uma imersão nas formas de dimensionamento desse sistema que utiliza a energia solar para aquecimento da água. Já conferimos no post anterior, que existem aspectos normativos importantes a serem seguidos pelos projetistas, como a NBR 7198/93 e a nova norma que está sendo estudada pela Comissão de Estudo (CE) 02:146.03 da ABNT.

Como fazer o dimensionamento da energia solar para aquecimento

Para efetuar o dimensionamento do Sistema de aquecimento solar, devemos considerar os seguintes fatores:

  • Vazão das peças de utilização;
  • Tempo e frequência de uso;
  • Dados de Temperatura;
  • Demanda de energia útil;
  • Irradiação globas média anual.

Através do roteiro de cálculo mostrado a seguir, vamos efetuar um estudo de caso de uma Residencia unifamiliar localizada na cidade de Florianópolis.
Esta residencia possui o seguinte perfil:

  • 1 banheiro (vaso sanitário, chuveiro e lavatório);
  • 1 cozinha que também será abastecida por água quente;
  • 4 moradores.

Para verificar o volume do reservatório de água quente e quantidade de placas solares necessárias para atender a esta edificação, deve-se seguir os procedimentos indicados abaixo:

1. Cálculo do volume de consumo

Inicialmente deve-se efetuar o cálculo do volume de água quente consumida diariamente. Tal volume pode variar em função da vazão das peças de utilização, tempo médio e frequência de uso. O volume para consumo é definido pela seguinte expressão:
energia solar para aquecimento
Onde,
V consumo: é o volume total de água quente consumido diariamente (m³);
Qpu: vazão da peça de utilização (m³/s);
Tu: tempo médio de uso diária da peça de utilização (s);
Frequência de uso: é o número total de utilização de peças por dia.
Para esta edificação, tem-se os seguintes parâmetros:

  • Chuveiro: 7 litros/min, considerando 10 minutos de uso por dia.
  • Lavatório: 20 litros/pessoa/dia;
  • Pia de cozinha: 25 litros/pessoa/dia.

energia solar para aquecimento 2

2. Cálculo do volume do sistema de armazenamento

O volume do sistema de armazenamento é definido pela seguinte expressão:
energia solar para aquecimento
V armaz: é o volume do sistema de armazenamento do SAS (m³). Sugere-se que o volume de armazenamento seja maior ou igual a 75% do volume de consumo.
T consumo: é a temperatura de consumo de utilização (°C). Sugere-se a utilização de 40°C.
T armaz: corresponde a temperatura de armazenamento da água (°C). Sugere-se que a temperatura de armazenamento seja igual ou maior do que a temperatura de consumo.
T ambiente: é a temperatura média anual do local de instalação.
Considerando uma temperatura ambiente de 21°C para a cidade de Florianópolis, e uma temperatura de armazenamento de 50°C e 40°C de consumo.
V = (460 x (40 – 21))/(50 – 21) = 301,38 L —– 75% do volume = 345 L

3. Calculo da demanda de energia útil

Deve-se ainda calcular a demanda útil de energia, de acordo com a seguinte expressão:
energia solar para aquecimento
Eútil: é a energia útil, expressa em kilowatts hora por dia (kWh/dia)
p: corresponde a massa especifica da água igual a 1000 (kg/m3)
Cp: é o calor especifico da água igual a 4,18 (Kj/Kg)
Eutil = 885 x 1000 x 4,18 x (50 – 21) = 11,61 kWh/dia

4. Cálculo da área coletora

Para finalizar, basta efetuar o cálculo da área coletora, para que desta forma possa ser definido em função do modelo da placa e quantas placas serão necessárias no projeto.
O cálculo da área coletora é definido em função da seguinte expressão:
energia solar para aquecimento
A coletora: é a área coletora (m2)
Ig: é o valor da irradiação global média anual para o local da instalação (kWh;m².dia)
Eperdas: é o somatório das perdas térmicas dos circuitos primário e secundário (kWh/dia), calculada pela soma das perdas ou pela equação:
Eperdas: 0,15 X Eútil
PMDEE: é a produção média diária de energia específica do coletor solar (kWh/m²), expressa pela equação.
energia solar para aquecimento
Considerando um modelo especifico de coletor solar, o PMDEE pode ser dimensionado da seguinte maneira.
PMDEE = 4,901 x (0,83 – 0,0249 x 7,110) = 3,2 kWh/m²
FCinstal: é o fator de correção para a inclinação e orientação do coletor solar dado pela equação:
energia solar para aquecimento
Para este coletor vamos considerar a pior situação de projeto. Apesar da cidade de Florianópolis estar localizada na latitude 27°, vamos considerar que a placa estará definida com uma inclinação de 15° e voltada 30° para o leste ou oeste.
Além disso, foi possível determinar o valor da irradiação global média anual para a cidade de Florianópolis de acordo com o “Atlas Brasileiro de Energia Solar”.
Portanto, em resumo teremos os seguintes valores necessário para dimensionamento da área total da placa solar.
energia solar para aquecimento
Através deste dados foi possível obter o resultado de dimensionamento da área da placa solar igual a 5,11 m².
Com esses cálculos, é possível dimensionar o sistema que utiliza energia solar para aquecimento. Acompanhe nossos próximos conteúdos para descobrir como as diversas etapas de um projeto de sistema de SAS pode ser automatizada com segurança e confiabilidade.
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