Sistema solar de aquecimento ambiente com armazenamento térmico sazonal

Abstract

Devido à sazonalidade da radiação solar, a disponibilidade desta nem sempre coincide com as necessidades de aquecimento ambiente, ou seja, a sua oferta não corresponde, na maior parte das vezes, com a sua procura. Sendo assim, uma forma de otimizar a utilização da energia solar durante todo o ano será o recurso ao armazenamento de energia térmica durante o período do verão para posterior utilização no inverno. Este trabalho tem como principal objetivo realizar um estudo paramétrico de diferentes configurações de um sistema de armazenamento sazonal de energia solar térmica, com um depósito de água aquecida, por forma a climatizar uma unidade habitacional em Penacova, no concelho de Coimbra, demonstrando qual a viabilidade destes sistemas em termos energéticos e económicos. A habitação vai ser construída através do programa de desenho Google Sektchup 2016. Para tal, são consideradas três configurações e, posteriormente, todas elas serão implementadas no programa de simulação Energy Plus 8.7. Como principais dados de entrada no programa serão introduzidos a respetiva localização, o ficheiro climático, os materiais de construção da habitação, horários de controlo de diversas variáveis, ocupação, iluminação artificial, equipamentos elétricos e eletrónicos, ventilação natural, constituintes do sistema de armazenamento, etc.Em todas as situações idealizados será utilizada como fonte de energia as configurações do sistema de armazenamento sazonal de energia solar térmica e como sistema de distribuição de calor o piso radiante hidráulico, exceto o primeiro caso. É de salientar que a diferença entre estas configurações se encontra apenas na variação de dois parâmetros cruciais: a área dos coletores e volume do depósito armazenamento de água aquecida. É também importante referir que este sistema não utiliza qualquer sistema de apoio. A primeira situação contempla apenas os aspetos construtivos da habitação, não possuindo qualquer tipo de sistema de aquecimento, servindo assim como comparação para os outros casos. A segunda terá como constituição apenas um coletor e o seu depósito de armazenamento de água aquecida terá 15m3 de volume; a terceira será constituído por 2 coletores e o depósito de armazenamento terá 10 m3; por fim, a última situação será composta por três coletores solares e o depósito de armazenamento terá 5m3 de volume. No que diz respeito aos resultados finais e tendo como base a análise de alguns parâmetros fundamentais, como é o caso da temperatura da água no depósito e respetivas perdas térmicas, temperatura do ar ambiente, número de horas em que o setpoint de temperatura é cumprido e os consumos energéticos e económicos, concluiu-se que a situação mais viável é o quarta.

Due to the seasonality of solar radiation, its availability doesn’t always coincide with the heating needs, in other words, the offer doesn’t, for the most part, answer the demand. Therefore, one way to optimize the use of solar energy during the whole year would be to store the thermic energy during the summer for use during the winter.The primary objective for this essay is to conduct a parametric study of different configurations of a seasonal thermic energy storing system with a heated water deposit in order to acclimatize a housing unit in Penacova, Coimbra district, demonstrating the energetic and economic viability of these systems. The housing unit will be built through the drawing program Google Sektchup 2016.In all of the idealized situations, as an energy source, the seasonal thermic energy storing system will be used, and hydronic radiant floor as a distribution system ,except in the first situation. It is noteworthy that the difference between the configurations is found only in the variation of two crucial parameters: collector surface area and heated water deposit volume. Also, this system requires no additional support systems.The first situation contemplates only the constructive aspects of the housing unit, not possessing any kind of heating system functioning as a control parameter for the other cases. The second situation will be constituted by the collector and its heated water deposit 15m3; the third will be built with 2 collectors and a 10m3 deposit; the fourth, and last, situation will be composed of 3 solar collectors and a 5m3 heated water deposit.Regarding the final results based on the analysis of some fundamental parameters like: deposit water temperature and respective thermic losses, environmental temperature, number of hours the temperature setpoint is achieved and, energetic and economic consumptions; it is concluded that the most viable situation is indeed the fourth.