Monitorização e controlo remoto de uma instalação solar térmica

Abstract

Atualmente, enfrentam-se desafios ao nível da gestão sustentável dos recursos energéticos em edifícios. Neste sentido, face à progressiva necessidade de desenvolvimento das tecnologias limpas de climatização, este estudo visa contribuir para a gradual melhoria dos sistemas térmicos solares. A instalação construída nesta dissertação, provém da transformação de uma instalação solar térmica tradicional, integrando-a ao conceito tecnológico de IoT. Com a substituição e adição de novos componentes, como sensores de temperatura, pressão e caudal, permitiu-se a captação de um relevante número de informações relativas aos estados energéticos dos dois fluidos presentes no sistema, o de acumulação térmica e o de trabalho. No circuito hidráulico primário, foi inserida uma bomba de circulação, com um motor de velocidade variável, de forma a haver um controlo sobre o caudal de fluido térmico. Toda a monitorização da estrutura, proveniente dos sensores adicionados, é efetuada, remotamente, a partir de uma interface gráfica, criada a partir do software Node-RED. Esta interface é, igualmente, responsável pelo controlo remoto sobre a velocidade da bomba de circulação, assim como pela ativação da resistência elétrica no interior do termoacumulador, pertencente ao sistema de aquecimento complementar. Toda a comunicação remota é executada via MQTT, entre o servidor e os microcontroladores ESP32. Este estudo apresenta os procedimentos inerentes ao processo de implementação dos componentes hidráulicos e elétricos, assim como, as ferramentas de hardware e software utilizadas. Simultaneamente, é feita uma análise dos rendimentos do coletor, das perdas de calor nas tubagens e a simulação da estratificação de temperaturas no interior do termoacumulador, a partir do SolidWorks Flow Simulation.

Energy resources in buildings face challenges at the level of sustainable management. In this sense, because of the increasing need to develop clean climatisation technology, this study aims to contribute to the gradual improvement of solar thermal systems.The installation constructed in this dissertation, comes from the transformation of a traditional solar thermal installation, integrating it to the technological concept of IoT. With the replacement and addition of new components, such as temperature, pressure and flow sensors, it was possible to obtain a relevant number of information regarding the energy states of the two fluids present in the system, thermal accumulation and working fluids. In the primary hydraulic circuit, a circulation pump was inserted, with a variable speed motor, to have control over the flow of thermal fluid.All structure monitoring, from the added sensors, is done remotely from a graphical interface created from Node-RED software. This interface is also responsible for the remote control of the speed of the circulation pump, as well as the activation of the electric resistance inside the heater, belonging to the heating system — all remote communication performed via MQTT, between the server and the ESP32 microcontrollers.This study presents the procedures inherent to the implementation process of hydraulic and electrical components, as well as the hardware and software tools used. Simultaneously, it presents an analysis of collector yields, heat losses in the piping and the simulation of temperature stratification inside the heater performed with SolidWorks Flow Simulation.