energia solar e aquecimento em edifícios

ENERGIA SOLAR
E AQUECIMENTO
EM EDIFÍCIOS
Maio de 2006
… enquadramento legal / regulamentar
… publicada recentemente
nova legislação há muito
aguardada …
… enquadramento legal / regulamentar
... SCE – Dec. Lei nº 78/2006
Sistema Nacional de Certificação Energética e da Qualidade do
Ar Interior nos Edifícios
... RSECE – Dec. Lei nº 79/2006
Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização em
Edifícios
... RCCTE – Dec. Lei nº 80/2006
Regulamento das Características de Comportamento Térmico
dos Edifícios
… enquadramento legal / normativo
... SCE – Dec. Lei nº 78/2006
Artigo 1º
1 - “O Estado assegura a melhoria do desempenho energético e da
qualidade do ar interior dos edifícios através do Sistema Nacional de
Certificação Energética e da Qualidade do ar Interior nos Edifícios”
… enquadramento legal / normativo
... RSECE – Dec. Lei nº 79/2006
Artigo 14º
“3 – É obrigatório o recurso a sistemas de climatização que utilizem
fontes renováveis, desde que constem da lista publicada
especificamente para este efeito do despacho do director-geral de
Geologia e Energia, em função da dimensão dos sistemas e da
localização do edifício, e actualizável em função dos progressos
técnicos e das condições económicas prevalentes, a menos que seja
demonstrada a sua não viabilidade económica.”
… enquadramento legal / normativo
... RCCTE – Dec. Lei nº 80/2006
“A obrigatoriedade da instalação de painéis solares para a produção
de água quente sanitária abre um amplo mercado para o
desenvolvimento da energia solar renovável, (…), contribuindo para a
diminuição da poluição e da dependência energética do nosso país.”
Artigo 7º
“2 – O recurso a sistemas de colectores solares térmicos para
aquecimento de água sanitária nos edifícios abrangidos pelo RCCTE é
obrigatório sempre que haja uma exposição solar adequada (…)”
… a energia em edifícios
… energia em edifícios
... sector dos edifícios
…com o aumento da procura de sistemas de climatização
a mais elevada taxa de crescimento do consumo
de energia de entre todos os sectores nacionais.
... subsector dos serviços
cresceu a 12% ao ano na última década (consumo energético)
… solar térmico será a
solução?
… solar térmico na Europa
2
Total Instalado (m )
4.000.000
3.500.000
3.000.000
2.500.000
2.000.000
1.500.000
1.000.000
500.000
0
ga
l
Es
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a
Su
éc
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0,25
0,20
0,15
0,10
0,05
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Po
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0,00
G
ré
c
Fonte: APISOLAR - Referente a 2001
0,30
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am
ar
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Fr
an
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ha
2
Total Instalado per capita (m /hab)
Fonte: APISOLAR - Referente a 2001
… solar térmico em Portugal
... Objectivo do programa E4 (2001)
- 1 a 1,5 milhões de m2 de colectores em 2010
- partindo de 231.000 m2 em 2001
... crescimento do parque instalado ~ 20% ao ano
... aproximadamente 50.000 m2/ ano
… solar térmico em Portugal
2
Área de colectores instalados (m )
18.000
16.088
16.000
14.000
12.000
10.000
9.210
8.000
6.000
4.000
Tipo Instalações
2.000
0
2003
Fonte: ADENE
2004
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
2003
Doméstico
2004
Grandes Instalações
Fonte: ADENE
… solar térmico - tecnologias disponíveis
... águas quentes sanitárias
- aquecimento solar activo
… circulação forçada
… controlo integrado
… solar térmico - tecnologias disponíveis
... climatização
- aquecimento solar activo
… painéis solares térmicos
… circulação de água quente em
ventiloconvectores, radiadores, etc…
- arrefecimento solar activo
… chiller de absorção com painéis solares como
fonte de calor
… circulação de água fria em
ventiloconvectores, utas, etc…
… tecnologia e sua implementação
Satisfatório
Satisfatório na maioria das situações
Aquecimento Solar Activo (Climatização)
Arrefecimento Solar Activo (Climatização)
Aquecimento Solar Activo (AQS)
Regulamento
Financiamento
Implementação
Custo
Tecnologia
Não Satisfatório ou Difícil
Fornecedores
Comercial
Aceitação Pública
Satisfatório em condições limitadas
… tecnologia utilizada neste estudo
... aquecimento solar activo
- colectores solares planos
- baixas temperaturas ( <100 ºC )
- tanque de inércia
- circulação forçada
… energia em edifícios
… dada a obrigatoriedade
de uso de sistemas solares
para as águas quentes
sanitárias …
… energia em edifícios
… porque não aproveitar
o solar para aquecimento
ambiente?
… construção alvo
... edifício de escritórios
... área de Lisboa
... instalação a água
... ventilação - ar novo (10 l/s/pessoa)
... instalação a 4 tubos
… simulação de um edifício de escritórios
- edifício com 1 piso (cobertura)
- 5 zonas independentes
… simulação energética
E+ – “energy plus”
… avaliação das
necessidades térmicas
… modelo utilizado pelo E+
... objectivo
- calcular cargas térmicas de arrefecimento e
aquecimento
- conhecer as necessidades energéticas em
arrefecimento e em aquecimento
- conhecer o diagrama de cargas da instalação
... “purchased air” e “ventilation”
- insuflação do ar novo à temperatura exterior
- unidades interiores mantêm a temperatura
- não contempla a possibilidade de recuperação
de calor
… modelo utilizado pelo E+
“purchased air”
Arrefecimento: Tinsuflação = 14 ºC
Aquecimento: Tinsuflação = 35 ºC
“ventilation”
ar novo
10 l/s/pessoa
Tinterior
Tinsuflação = Texterior
ar novo = 0 se
1) Texterior < 4 ºC
ou
... temperatura interior é mantida entre 20 e 24 ºC
... sempre que a temperatura interior é inferior a 20 ºC
o sistema entra em aquecimento
... sempre que a temperatura interior é superior a 24 ºC
o sistema entra em arrefecimento
2) Texterior > Tinterior + 15
… resultados obtidos pelo E+
nº horas de utilização
h 450
400
350
300
250
200
150
100
50
Aquecimento
Arrefecimento
Funcionamento Simultâneo
m
ez
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N
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Fe
Ja
ne
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0
… resultados obtidos pelo E+
potência máxima
60
kW
50
40
30
20
10
Aquecimento
Arrefecimento
m
ez
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ei
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0
… avaliação do
comportamento de um
sistema solar térmico
… modelos utilizado pelo E+
... “solar collector: flat plate”, “plant load profile” e “water
heater: mixed”
- colectores solares planos;
- depósito acumulação;
- sistema de apoio;
- bombas circulação;
... objectivo
- produção de água quente para “aquecimento ambiente”;
… modelo utilizado pelo E+
... colectores solares
- 3 painéis com 2,1 m2 cada (6,3 m2 no total)
- orientados a nascente
- colocados na vertical (90 º)
... objectivos
- aproveitamento máximo da energia durante a manhã
- integração dos painéis na fachada
… modelo utilizado pelo E+
... solar collector: flat plate
... water heater: mixed
... plant load profile
… modelo utilizado pelo E+
... pressupostos utilizados
- simulação modular genérica;
- simulação de Outubro a Abril – quando existem
necessidades de aquecimento no edifício
- necessidades máximas de aquecimento na utilização de
aproximadamente 2 kW, das 7 às 11 h;
- pós-processamento dos dados para adaptação ao edifício
em estudo;
- sistema de apoio desligado no pós-processamento sempre
que não existam necessidades de aquecimento;
… resultados
... 6 painéis solares - como solução optimizada;
... energia captada pelos painéis ~ 50 % necessidades anuais;
... energia aproveitada ~10% das necessidades anuais;
... restante contribuição de um sistema convencional (caldeira,
bomba de calor, etc);
Energia (anual)
necessidades edifício
1,2 MWh
contributo sistema solar
0,1 MWh
contributo sistema convencional
1,1 MWh
… solução proposta
... painéis solares associados a bomba de calor
… recorre a uma energia renovável para parte do aquecimento
... permanente disponibilidade de calor
… sistema de apoio com elevada eficiência
… solução proposta
... chiller com recuperação parcial acoplado a bomba de calor e
painéis solares
... recuperação de calor mantendo a eficiência (EER)
... recorre a uma energia renovável para parte significativa do
aquecimento
… permanente disponibilidade de calor
… conclusões
... simulação efectuada não é a ideal;
... mesmo em condições “não ideais” é possível
fornecer aproximadamente 10% das necessidades de
aquecimento do edifício através da energia solar;
... a energia captada pelos painéis é
aproximadamente 50% das necessidades de
aquecimento do edifício.
… é de supor que seja possível um aproveitamento
superior aos 10% simulados;