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Dimensionamento de um sistema solar térmico para
aquecimento da água da piscina do IST
Guilherme Calretas Machado
Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em
Engenharia Mecânica
Orientadores: Prof. Carlos Augusto Santos Silva
Eng. Mário Miguel Franco Marques de Matos
Júri
Presidente: Prof. Edgar Caetano Fernandes
Orientador: Prof. Carlos Augusto Santos Silva
Vogal: Eng. Diana Pereira Neves
Junho 2017
II
III
Agradecimentos
Agradeço aos Engenheiros Rui Pedro Pereira, João Patrício e Mário de Matos por toda a ajuda que me
deram a juntar a informação necessária sobre as instalações e o sistema de aquecimento da piscina.
Agradeço à professora Ana Flor que me disponibilizou uma estação total para registar os ângulos de
sombreamento no telhado da piscina, provocados pelos edifícios em redor.
Agradeço ao João Januário, que foi comigo para o telhado medir os ângulos.
Agradeço ao professor Carlos Santos Silva por ter aceite orientar-me após o professor Paulo Ferrão se
tornar presidente da FCT. Agradeço toda a ajuda na estruturação e organização da tese e no foco ao
objectivo. Deixo ainda um agradecimento especial pelo o apoio extraordinário que me deu nos últimos
dias de trabalho.
Agradeço aos meus amigos.
Agradeço à minha família.
Agradeço à minha mãe. Desculpa a demora.
IV
V
Abstract
This study intends to dimension a solar thermal system for the pool and to verify the technical and
financial viability of its execution.
A model of the currently installed system was created using Polysun. The usage profile inserted in the
model was estimated from an old usage profile of a week during normal school period. The natural gas
consumption of the real system, measured during the year 2014, is the only energy consumption data
available to validate de model. Comparing it with the results of the model’s simulation, there’s an error
in the annual gas consumption of 10%.
Based on the simulation results and on typical recommendations found in literature on this field, a solar
heating system was designed and inserted in the model. The results show a reduction in gas
consumption over 40% comparing to the model without solar. The system can be considered technically
viable.
A sensitivity analysis of the system was made, inserting isolated variations in a few chosen parameters
of the solar system, showing how the performance of the system is affected and allowing to present
improvements to the system.
The annual savings each proposed system provides were calculated in a short financial analysis. A
market study wasn’t made to estimate the initial cost of the installation, so this study can´t guarantee
the financial viability of the system. The maximum initial investment recommended, to have a return of
the investment in 15 years, was calculated, helping to make a better-informed decision on the
investment.
Key words: solar thermal, swimming pool, domestic hot water, Polysun, modeling, dimensioning,
technical viability, financial viability.
VI
VII
Resumo
Neste trabalho pretende-se dimensionar um sistema solar térmico para a piscina e estudar a viabilidade
técnica e financeira da sua instalação.
Foi criado, no software Polysun, um modelo do sistema real. O perfil de utilização introduzido no modelo
foi estimado com base em registos de utilização registados durante uma semana de período normal de
aulas. As medições do consumo de gás natural consumido em 2014 são os únicos dados energéticos
disponíveis do sistema real para validar o modelo. Comparando o com os resultados do modelo
verificou-se um erro no consumo de gás anual perto dos 10%.
Com base nos resultados do modelo e em recomendações típicas encontradas em literatura sobre o
assunto, foi dimensionado um sistema solar e introduzido no modelo. Os resultados obtidos apresentam
uma redução no consumo de gás superior a 40% relativamente aos resultados do modelo sem solar.
Considera-se então que o sistema é tecnicamente viável.
Fez-se uma análise de sensibilidade ao sistema, introduzindo variações isoladas em alguns parâmetros
do sistema solar, permitindo verificar de que modo afectam o desempenho do sistema e apresentar
variações melhoradas do sistema.
Calcularam-se as poupanças anuais que os sistemas proporcionam. Não foi feito um orçamento da
instalação do sistema, assim este estudo não garante a viabilidade económica da instalação do
sistema. No entanto calculou-se o valor de investimento inicial máximo para que exista retorno do
investimento em 15 anos, o que permite tomar uma decisão mais informada em relação ao
investimento.
Palavras chave: solar térmico, piscina, água quente sanitária, Polysun, modelação, dimensionamento,
viabilidade técnica, viabilidade económica.
VIII
IX
Índice
1 Introdução ........................................................................................................................................ 1
1.1 Enquadramento e Motivação ................................................................................................... 1
1.2 Objectivos e contributos .......................................................................................................... 1
1.3 Metodologia e estrutura ........................................................................................................... 2
2 Estado da arte .................................................................................................................................. 3
2.1 Colectores solares ................................................................................................................... 3
2.1.1 Colectores solares planos ................................................................................................... 3
2.1.2 Colectores de tubos de vácuo ............................................................................................. 8
2.1.3 Concentradores solares ...................................................................................................... 9
2.2 Campo de colectores solares ................................................................................................ 11
2.2.1 Modo de ligação dos colectores solares ........................................................................... 11
2.3 Circuito solar .......................................................................................................................... 13
2.3.1 Fluído de transferência térmica ......................................................................................... 13
2.3.2 Caudal no circuito primário ................................................................................................ 14
2.3.3 Tubagens ........................................................................................................................... 14
2.3.4 Permutador ........................................................................................................................ 15
2.3.5 Vaso de expansão ............................................................................................................. 16
2.3.6 Acessórios anti-retorno ...................................................................................................... 17
2.3.7 Purgador de ar ................................................................................................................... 17
2.3.8 Válvula de segurança ........................................................................................................ 17
2.4 Ferramentas de dimensionamento ........................................................................................ 17
2.4.1 Metodologia de Cálculo simplificado ................................................................................. 17
3 Caso de estudo (piscina do IST) .................................................................................................... 20
3.1 Descrição física ..................................................................................................................... 20
3.2 Sistema de aquecimento actual ............................................................................................ 22
3.3 Estimativas das necessidades térmicas ................................................................................ 26
3.3.1 Ocupação da piscina ......................................................................................................... 26
3.3.2 Número de banhos/consumo de AQS ............................................................................... 28
3.4 Modelo do sistema actual ...................................................................................................... 28
X
3.4.1 Parâmetros dos componentes utilizados no Polysun........................................................ 29
3.4.2 Controladores .................................................................................................................... 33
3.4.3 Resultados da simulação do modelo actual ...................................................................... 34
4 Soluções com solar térmico propostas .......................................................................................... 38
4.1 Pré-análise de soluções ........................................................................................................ 38
4.2 Configuração escolhida ......................................................................................................... 41
4.3 Componentes do sistema ...................................................................................................... 41
4.3.1 Colectores solares ............................................................................................................. 41
4.3.2 Circuito solar ...................................................................................................................... 44
4.4 Parâmetros dos componentes no Polysun ............................................................................ 48
4.4.1 Campo de colectores ......................................................................................................... 48
4.4.2 Fluído de transferência térmica ......................................................................................... 49
4.4.3 Tubagens ........................................................................................................................... 49
4.4.4 Bombas .............................................................................................................................. 50
4.4.5 Permutadores .................................................................................................................... 50
4.4.6 Caldeiras ............................................................................................................................ 50
4.4.7 Acumulador solar ............................................................................................................... 50
4.4.8 UTA .................................................................................................................................... 51
4.4.9 Edifício, piscina e consumo de AQS ................................................................................. 51
4.5 Controladores ........................................................................................................................ 51
4.6 Resultados ............................................................................................................................. 53
5 Análise de sensibilidade ................................................................................................................. 54
5.1 Orientação dos painéis .......................................................................................................... 54
5.1.1 Alterações efectuadas ao sistema para utilização do campo de colectores com orientação
de 35º 56
5.1.2 Resultados do sistema com campo de colectores com orientação de 35º ....................... 57
5.2 Inclinação dos painéis ........................................................................................................... 58
5.3 Quantidade de painéis em série ............................................................................................ 59
5.4 Volume do acumulador .......................................................................................................... 60
5.5 Simulação de um sistema com as variações mais benéficas ............................................... 60
6 Análise financeira ........................................................................................................................... 62
6.1 Redução na despesa anual em gás natural .......................................................................... 62
XI
6.2 Aumento na despesa anual de energia eléctrica .................................................................. 62
6.3 Investimento inicial máximo recomendado ........................................................................... 63
7 Conclusões e trabalhos futuros ...................................................................................................... 65
8 Referências bibliográficas .............................................................................................................. 67
XII
Lista de Figuras
Figura 1 - Vista explodida de um colector solar de placa plana.............................................................. 4
Figura 2- Comparação da eficiência de um painel de baixa temperatura com a de um painel de alta
temperatura ............................................................................................................................................. 7
Figura 3- Comparação da eficiência de um painel solar plano com e sem cobertura. ........................... 8
Figura 4- Principio de funcionamento do tubo de calor ........................................................................... 9
Figura 5- Corte transversal de um CPC da Ao Sol ............................................................................... 10
Figura 6 - Painéis solares ligados em série .......................................................................................... 11
Figura 7 - Painéis solares ligados em paralelo ..................................................................................... 12
Figura 8 - Painéis solares montados em paralelo de canais ................................................................ 13
Figura 9 - Montagem do vaso de expansão na aspiração da bomba ................................................... 16
Figura 10 - Distancia de sombreamento entre fileiras de colectores solares ....................................... 19
Figura 11 - Localização do pavilhão da piscina .................................................................................... 20
Figura 12 - Dimensões do telhado ........................................................................................................ 21
Figura 13 - Representação das obstruções solares no telhado............................................................ 22
Figura 14 - Esquema do sistema de aquecimento actualmente instalado ........................................... 23
Figura 15 - depósito de AQS 216P 2000 .............................................................................................. 25
Figura 16 - Configuração do modelo do sistema actual criado e identificação dos tubos do sistema . 29
Figura 17- Parâmetros do edifício da piscina ........................................................................................ 31
Figura 18- Parâmetros da piscina ......................................................................................................... 32
Figura 19- Parâmetros do consumo de AQS ........................................................................................ 32
Figura 20- Identificação dos controladores e dos componentes que accionam ................................... 33
Figura 21 – Parâmetros do consumo de AQS ajustados ...................................................................... 36
Figura 22 – Sistema solar 1................................................................................................................... 38
Figura 23 – Sistema solar 2................................................................................................................... 39
Figura 24 - Sistema solar 3 ................................................................................................................... 39
Figura 25 - Sistema solar 4 ................................................................................................................... 40
Figura 26 - Sistema solar 5 ................................................................................................................... 40
Figura 27 - Configuração do sistema solar térmico desenvolvido no Polysun ..................................... 41
Figura 28 - Área útil do telhado ............................................................................................................. 42
Figura 29 - Sombreamento total nos painéis e percurso do sol (31 de Dezembro) ............................. 44
Figura 30 - Configuração dos painéis no telhado ................................................................................. 44
Figura 31 - Perda de carga no painel EM2V/2,0 ................................................................................... 45
Figura 32 - Ligação dos painéis em paralelo e comprimento dos segmentos de tubagem até ao painel
mais distante ......................................................................................................................................... 46
Figura 33 - Cálculo do vaso de expansão ............................................................................................. 48
Figura 34 - Parâmetros do campo de colectores .................................................................................. 49
Figura 35 - Parâmetros do fluído de transferência térmica ................................................................... 49
XIII
Figura 36 - Identificação dos tubos do sistema ..................................................................................... 49
Figura 37 - Parâmetros da piscina com capa........................................................................................ 51
Figura 38 - Identificação dos controladores do sistema solar e dos componentes que accionam....... 52
Figura 39 - Sombreamentos no campo de colectores orientado a 35º ................................................. 55
Figura 40 - Sombreamentos no campo de colectores orientado a -55º................................................ 55
Figura 41 - Consumo de combustível anual do sistema para diferentes ângulos de inclinação .......... 58
Figura 42 - Variação do consumo de combustível com o aumento do volume do acumulador ........... 60
XIV
Lista de Tabelas
Tabela 1 - Vantagens e desvantagens de diferentes modelos de absorsor ........................................... 4
Tabela 2 - Tipos de caixas ...................................................................................................................... 5
Tabela 3 - Características dos painéis de alta e baixa temperatura utilizados ....................................... 6
Tabela 4 - Características dos painéis com e sem cobertura utilizados ................................................. 7
Tabela 5 - Vantagens e desvantagens da ligação em série ................................................................. 12
Tabela 6 - Vantagens e desvantagens da ligação em paralelo ............................................................ 12
Tabela 7 - Vantagens e desvantagens da ligação em paralelo de canais ............................................ 13
Tabela 8 - Temperatura de fusão da mistura para diferentes concentrações (mássicas) de propanediol
na água .................................................................................................................................................. 14
Tabela 9 - Principais vantagens e desvantagens dos permutadores externos em relação aos internos
............................................................................................................................................................... 15
Tabela 10 - Inclinação de referência para painéis ................................................................................ 18
Tabela 11 - Coordenadas geográficas do pavilhão da piscina ............................................................. 20
Tabela 12 - Principais dimensões do pavilhão da piscina, da piscina e número de duches nos balneários
............................................................................................................................................................... 20
Tabela 13 - Características técnicas das caldeiras 1, 2 e 3 .................................................................. 22
Tabela 14 - Características técnicas das bombas hidráulicas de circulação ........................................ 23
Tabela 15 - Características técnicas do permutador de placas AQS ................................................... 24
Tabela 16 - Características técnicas do depósito de AQS .................................................................... 25
Tabela 17 - Características técnicas da UTA ........................................................................................ 25
Tabela 18 - Características das tubagens ............................................................................................. 25
Tabela 19 - Utilização da piscina medida em período de aulas............................................................ 26
Tabela 20 - Perfil de utilização da piscina utilizado e generalização para dia útil ................................ 27
Tabela 21 - Perfil de consumo de AQS diário (hora a hora) ................................................................. 28
Tabela 22 - Principais parâmetros das tubagens .................................................................................. 29
Tabela 23 - Principais parâmetros das bombas de circulação ............................................................. 30
Tabela 24 - Permutadores de calor utilizados ....................................................................................... 30
Tabela 25 - Parâmetros da caldeira "a gás 200kW" alterados ............................................................. 30
Tabela 26 - Parâmetros do acumulador do programa que foram alterados ......................................... 30
Tabela 27 - Parâmetros da "ventoinha com quatro tubos 7" alterados................................................. 31
Tabela 28 - Descrição das funções dos controladores ......................................................................... 33
Tabela 29 - Comparação do consumo de combustível real (2014) com o do modelo ......................... 34
Tabela 30 - Ajustes mensais ao consumo de AQS ............................................................................... 35
Tabela 31 - Consumo de combustível do modelo e comparação com o real ....................................... 36
Tabela 32 - Consumo de energia auxiliar (gás natural e electricidade) anual dos sistemas ................ 40
Tabela 33 – Características técnicas do painel EM2V/2.0 Al-Cu da Ensol .......................................... 43
Tabela 34 - Distancia mínima entre fileiras ........................................................................................... 43
XV
Tabela 35 - Cálculo de propriedades do fluído ..................................................................................... 46
Tabela 36 - Cálculo das perdas por fricção nos segmentos até ao painel mais afastado .................... 46
Tabela 37 - Cálculo do comprimento de tubagem equivalente das perdas localizadas (Zeta) ............ 47
Tabela 38 - Perdas de carga no circuito ............................................................................................... 47
Tabela 39 - Parâmetros dos tubos do sistema...................................................................................... 50
Tabela 40 - Parâmetros do acumulador do programa que foram alterados ......................................... 51
Tabela 41 - Descrição das funções dos controladores do sistema solar .............................................. 52
Tabela 42 - Comparação dos consumos de combustível obtidos na simulação do sistema solar com os
do modelo do sistema actual e o real, medido em 2014 ....................................................................... 53
Tabela 43 - Numero máximo de painéis para as orientações de 35º e -55º ......................................... 54
Tabela 44 - Comparação de alguns resultados da simulação do sistema com campo de colectores
orientado a 0º, 35º e -55º ...................................................................................................................... 55
Tabela 45 - Resultados do sistema 2 .................................................................................................... 57
Tabela 46 - Consumo de combustível anual para vários ângulos de inclinação .................................. 58
Tabela 47 - Caudal mínimo, máximo e recomendado para o colector EM2V/2.0 Al-Cu ...................... 59
Tabela 48 - Verificação e escolha de caudais....................................................................................... 59
Tabela 49 - Resultados das simulações efectuadas para montagens de 2 e de 4 painéis em série ... 59
Tabela 50 - Combinação de variações escolhida ................................................................................. 61
Tabela 51 - Resultados do sistema 3 .................................................................................................... 61
Tabela 52 - Redução dos custos em gás natural prevista cada sistema .............................................. 62
Tabela 53 - Aumento da despesa de energia eléctrica prevista para cada sistema ............................ 62
Tabela 54 - Tabela de cálculo de cash flow .......................................................................................... 63
Tabela 55 - Valor máximo de investimento recomendado e poupanças por ano para cada sistema .. 64
XVI
Lista de Abreviaturas
AEIST – Associação de Estudantes do Instituto Superior Técnico
AQS – Água(s) quente(s) sanitária(s)
CPC – Colector Parabólico Composto
ERSE – Entidade Reguladora dos Serviços Energéticos
FPC – Flat Plate Colector (colector solar plano)
GEE – Gases de efeito de estufa
IST – Instituto Superior Técnico
PTC – Parabolic-Trough Colector (Colector cilindro-parabólico)
UTA – Unidade de Tratamento de Ar
1
1 Introdução
1.1 Enquadramento e Motivação
O aumento da população e o desenvolvimento exponencial de novas tecnologias traduziram-se em
necessidades energéticas cada vez mais elevadas e, por consequência, emissões de GEE também
muito elevadas. Torna-se então essencial reduzir o consumo de energias provenientes de combustíveis
fósseis. As principais formas de atingir este objectivo passam por aumentar a eficiência energética dos
sistemas e a utilização de fontes de energia alternativas, em particular energias renováveis. Para além
da redução das emissões, o investimento nas energias renováveis permite actualmente, em muitos
casos, uma vantagem financeira muito interessante.
Sendo um país com uma exposição solar privilegiada, Portugal possui condições muito favoráveis à
utilização da energia solar, pelo que esta é uma fonte de energia que deve ser aproveitada, tanto para
produção de electricidade como para a produção de calor. A elevada incidência de radiação solar,
permite a instalação de sistemas de aproveitamento térmico que reduzam substancialmente, ou até
que substituam, o consumo de combustíveis fósseis para aquecimento de AQS.
No campus Alameda do IST o aquecimento da piscina, AQS e tratamento do ar do pavilhão da AEIST
é responsável por um consumo considerável de gás natural. Em 2014 foi medido um consumo total de
48362,04 m3 de gás natural. Actualmente, a piscina encontra-se encerrada, pois tem sido difícil
encontrar uma solução de exploração eu seja economicamente viável. Assim, a instalação de um
sistema solar térmico poderá ser uma forma de reduzir este consumo, reduzindo simultaneamente as
emissões e os custos monetários associados. Assim a instalação de um sistema solar poderá, também,
facilitar a reabertura da piscina, um serviço que melhora a qualidade de vida da comunidade do IST e
a envolvente.
Um sistema solar no IST é uma estratégia ambiental que seria certamente reconhecida publicamente
o que também pode ser um factor positivo a considerar. Seria também um bom exemplo a seguir para
outras instituições.
1.2 Objectivos e contributos
Este trabalho tem como objectivo o dimensionamento e o estudo da a viabilidade técnica e financeira
de um sistema solar térmico no pavilhão da AEIST de forma a reduzir a quantidade de combustível que
é consumido no aquecimento da água da piscina, das AQS e no tratamento do ar do pavilhão.
2
Pretende-se encontrar soluções que sejam técnica e financeiramente mais viáveis, comparar os seus
resultados e realizar uma análise de sensibilidade aos factores variáveis, contribuindo para que uma
decisão informada possa ser tomada.
1.3 Metodologia e estrutura
De forma a cumprir os objectivos será utilizado o seguinte método:
-Recolha dos dados disponíveis acerca do caso em estudo;
-Criação de um modelo do sistema de aquecimento actual numa ferramenta de
dimensionamento de sistemas solares térmicos;
-Validação do modelo;
-Teste de soluções com solar térmico no modelo criado.
Esta tese encontra-se estruturada da seguinte forma: neste primeiro capítulo foi introduzida a motivação
e os objectivos da dissertação. No segundo capítulo é revisto o estado da arte em termos de tecnologias
para aquecimento de águas quentes sanitárias em piscinas e das ferramentas de análise. No Capítulo
3 é apresentado o caso de estudo e da metodologia de análise, com validação do modelo de referência.
No Capítulo 4 são apresentadas possíveis soluções para o aquecimento de águas na piscina e no
Capítulo 5 é feita uma análise de sensibilidade às soluções. No capítulo 6 é feita uma avaliação
financeira às soluções. O Capítulo 7 apresenta as principais conclusões do trabalho.
3
2 Estado da arte
2.1 Colectores solares
Os colectores de energia solar são os componentes principais dos sistemas solares térmicos. São
equipamentos que absorvem energia da radiação solar incidente, convertem-na em calor e transferem
este calor para um fluído (geralmente água, uma mistura de água e anticongelante, ar ou óleo) que
corre no interior do absorsor.
Existem diversos tipos de colector solar, mas em qualquer uma das variadas soluções construtivas,
existe um absorsor e um fluido circulante. Os parâmetros mais relevantes para a análise do
desempenho do painel são [1]:
-Eficiência do colector (𝜂). Razão entre a energia convertida em calor e a radiação incidente
no colector;
-Eficiência óptica (𝜂𝑜). Percentagem de radiação incidente no colector que pode ser convertida
em calor. É dada pelo produto da transmissividade da cobertura com o coeficiente de absorção
do absorsor (𝜂𝑜 = 𝜏 𝛼);
-Factor de perda de calor (𝜂𝑘). Percentagem de calor perdido devido ao desenho e isolamento
térmico do aparelho. Depende da diferença de temperatura entre o absorsor e o meio ambiente;
-Temperatura de estagnação. Temperatura máxima que o absorsor pode atingir. Acontece
quando as temperaturas das perdas térmicas são iguais ao calor absorvido.
2.1.1 Colectores solares planos
São os colectores mais utilizados graças à sua versatilidade. Na Figura 1 está representada a vista
explodida de um colector solar plano típico [2].
4
Figura 1 - Vista explodida de um colector solar de placa plana
Neste tipo de colector a placa absorsora encontra-se dentro de uma caixa com cobertura transparente
e isolamento térmico. A maior ou menor eficiência de um painel solar plano deve-se essencialmente às
propriedades radiactivas da superfície absorsora, do tipo de cobertura transparente, do isolamento
térmico e do percurso do fluido dentro do painel.
Os isolamentos mais utilizados são a lã de rocha e a lã de vidro cujas propriedades mecânicas não
sofrem alterações quando sujeitos a temperaturas da ordem de 150 °C, valor próximo da temperatura
de estagnação deste tipo de painéis.
Existem vários modelos de placas absorsoras. Na Tabela 1 encontram-se alguns modelos de
absorsores e as suas principais vantagens e desvantagens [3]. A tubagem existente em alguns modelos
de absorsor é normalmente de cobre visto que é um material muito bom condutor de calor.
Tabela 1 - Vantagens e desvantagens de diferentes modelos de absorsor
Modelo de absorsor Ilustração Vantagens Desvantagens
Absorsor Roll-bond
Boas propriedades térmicas, separação
de materiais – reciclagem simplificada
Sujeito a corrosão do alumínio em contacto com o tubo de cobre
Faixa absorsora com tubo de cobre soldado
Tamanho flexível e
barato Muitos pontos de
soldadura
Absorsor com sistema de tubo prensado entre duas folhas de metal
Separação de materiais – reciclagem simplificada
Custo elevado de produção por causa das
ligações
Absorsor com sistema de tubos “clipados”
Tamanho flexível – taxa de escoamento
flexível
Baixa optimização de transferência de calor
5
Absorsor de escoamento total em aço inoxidável
Optimização do calor para o liquido
Peso elevado e elevada inércia térmica
Absorsor em serpentina
Dois pontos soldados no sistema de tubos
Elevadas perdas de pressão em relação
ao absorsor de superfície total
Absorsor de superfície total
Baixas perdas de pressão em relação
ao absorsor em serpentina
Muitos pontos de soldadura no sistema
de tubos, preço elevado
A caixa do colector pode ser de plástico, alumínio, aço ou madeira envernizada. Na Tabela 2 [3]
comparam-se algumas características das caixas de diferentes materiais.
Tabela 2 - Tipos de caixas
Caixa Alumínio Aço Plástico Madeira envernizada
Peso Baixo Elevado Médio Elevado
Construção Fácil Fácil Médio Difícil
Consumo energético
Elevado Baixo Médio Baixo
Custo Elevado Baixo Baixo Médio
Outros Aumento do tempo de
recuperação energética e reciclável
Raramente utilizado
Pouco utilizado
Material ecológico, apenas instalações integradas no
telhado
O material mais utilizado para a cobertura é o vidro com baixo teor de ferro, visto que transmite até 90%
da irradiação solar de curto comprimento de onda incidente enquanto que é praticamente opaca à
radiação de longo comprimento de onda que é emitida pela placa absorsora. O vidro pode ainda receber
tratamentos superficiais de textura e revestimentos anti-reflexo que permitem melhorar a
transmissividade de forma significativa. Coberturas de plástico, mais leves e baratas que o vidro,
também podem ser utilizadas em algumas aplicações. Possuem transmissividades elevadas para
comprimentos de onda curtos, mas normalmente possuem também transmissividades relativamente
elevadas para longos comprimentos de onda (transmissividade pode atingir 0.40 para comprimentos
de onda longos). Os plásticos estão também muito mais limitados do que o vidro nas temperaturas que
podem suportar sem se deteriorar ou alterar as suas dimensões.
A placa colectora deverá absorver o máximo de irradiação que for possível, e transferir o calor retido
para o fluído de transporte, com o mínimo de perdas possível. Os materiais mais utilizados são o cobre,
o alumínio e o aço inoxidável. Para aplicações de baixas temperaturas também são utilizados plásticos
resistentes a radiação ultravioleta. A absortância da placa colectora para radiação solar depende da
qualidade da superfície e da sua cor, sendo normalmente utilizada a cor preta.
6
A superfície da placa colectora pode receber revestimentos que permitem elevados coeficientes de
absorção (α) para a radiação solar (pequenos comprimentos de onda) e baixos valores de emissividade
(ε) para a radiação própria (longos comprimentos de onda). No revestimento selectivo, que consiste em
duas camadas de material com propriedades ópticas diferentes, podem ser utilizados diferentes
princípios de funcionamento. Por um lado, pode ser utilizado um revestimento com elevado coeficiente
de absorção solar e elevada transmissividade de infravermelhos sobre uma superfície muito reflectiva
com baixa emissividade. Por outro lado, pode ser aplicado um revestimento com elevada
transmissividade solar e com uma elevada reflectividade de infravermelhos (espelho de calor) sobre
um material com elevado coeficiente de absorção. [2]
Estes tratamentos especiais permitem a produção de colectores mais eficientes para altas
temperaturas (painéis de alta temperatura) relativamente aos painéis solares planos sem tratamentos
especiais (painéis de baixa temperatura). Na Figura 2 pode ser observada a comparação entre um
colector solar plano de baixa temperatura e um de alta temperatura, para uma radiação incidente de
900 W/m2. As características dos painéis encontram-se na Tabela 3. É possível observar que o painel
de baixa temperatura apresenta uma melhor eficiência se a diferença entre a temperatura do painel e
a do ar exterior for inferior a 22,5 °C. Se se pretender, por exemplo, uma temperatura no painel 45 °C
superior à do ar, o painel de baixa temperatura apresenta uma eficiência de 61% enquanto que que o
de alta temperatura apresenta 67% de eficiência. Se a temperatura do painel for de 90 °C e a do ar
exterior for 20 °C as eficiências reduzem-se para 50% e 63% respectivamente, uma diferença bastante
significativa. [1]
Tabela 3 - Características dos painéis de alta e baixa temperatura utilizados
Painel Eficiência óptica, 𝜼𝟎 Coeficiente de perdas, 𝒂𝟏
Alta temperatura 0,73 1,3 𝑊/𝑚2. 𝐾
Baixa temperatura 0,79 3,7 𝑊/𝑚2. 𝐾
7
Figura 2- Comparação da eficiência de um painel de baixa temperatura com a de um painel de alta temperatura
2.1.1.1 Colector solar plano sem cobertura
São os colectores mais simples e são compostos apenas pelo absorsor. Têm uma eficiência óptica
elevada, geralmente superior a 0,9, mas um coeficiente de perdas térmicas muito elevado, próximo de
10 𝑊/𝑚2. 𝐾 ou superior. Assim, este tipo de colector é pouco eficiente quando se pretende aquecer o
fluido térmico a temperaturas elevadas. Tem, no entanto, a vantagem de ser de fácil aplicação e
bastante económico, em relação aos outros colectores. Os colectores sem cobertura são, portanto,
apropriados para aplicações de temperaturas baixas, próximas da temperatura ambiente (piscinas, por
exemplo) em que as perdas térmicas são baixas e a eficiência do colector é próxima da eficiência óptica
do mesmo. Tal pode ser verificado comparando o desempenho de um painel sem cobertura com um
painel solar plano, como indicado na Figura 3, para uma radiação solar incidente de 900 𝑊/𝑚2. As
características dos painéis encontram-se na Tabela 4. Neste caso pode observar-se que, para
diferenças de temperatura entre o painel e o ar ambiente inferiores a cerca de 14°C, o painel simples
é mais eficiente que o painel plano com cobertura. [1]
Tabela 4 - Características dos painéis com e sem cobertura utilizados
Painel Eficiência óptica, 𝜼𝟎 Coeficiente de perdas, 𝒂𝟏
Sem cobertura 0,95 14 𝑊/𝑚2. 𝐾
Com cobertura 0,79 3,7 𝑊/𝑚2. 𝐾
0.4
0.45
0.5
0.55
0.6
0.65
0.7
0.75
0.8
0.85
0.9
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
Eficiê
ncia
Diferença de temperatura (°C)
Painel debaixatemperatura
Painel dealtatemperatura
8
Figura 3- Comparação da eficiência de um painel solar plano com e sem cobertura.
2.1.2 Colectores de tubos de vácuo
Este tipo de colector consiste num painel formado por um conjunto de tubos de vidro que contêm no
seu interior o tubo onde circula o fluído. O tubo interior é de cor escura para absorver a radiação solar
e o exterior é transparente à radiação solar e opaco à radiação própria. O espaço entre os dois tubos
é evacuado, normalmente abaixo dos 10-5 bar, reduzindo as perdas térmicas visto que não existe
convecção entre os dois tubos, ou seja, as perdas de calor entre o fluído térmico e o ar exterior são
apenas radiactivas. [1]
Comparando com os colectores solares planos, os tubos de vácuo apresentam uma eficiência óptica
um pouco mais baixa devido á forma do tubo (0,6 < 𝜂0 < 0,8). Por outro lado, possuem um valor global
de perdas térmicas inferior aos colectores planos (𝑎1 < 1,5 𝑊/𝑚2. 𝐾). Estes sistemas permitem atingir-
se temperaturas próximas dos 100 °C e a temperatura de estagnação é de cerca de 200 °C. [1]
Existem dois tipos de colectores de tubos de vácuo: tubos com fluxo directo e tubos com separação de
fluídos. No primeiro caso, o fluído térmico que circula no interior dos tubos é o mesmo que circula no
resto sistema. O fluído pode circular através de um tubo simples em “U” ou através de tubos
concêntricos, em que o fluído frio entra no tubo exterior e retorna quente no tubo interior. No segundo
caso, cada tubo de vácuo tem no seu interior um tubo de calor (cujo funcionamento é descrito no ponto
seguinte) e o fluído que circula no interior de cada tubo não entra em contacto com o fluído que circula
no resto do sistema. [1]
O colector de tubos de calor utiliza a fenómenos de mudança de fase liquido-vapor de materiais para
transferir calor com elevada eficácia. Na Figura 4 [2] observa-se o esquema de funcionamento de um
colector de tubos de calor. Neste tipo de colector, cada tubo de calor (deverá ser de um material
condutor térmico de alta eficiência), é colocado dentro de um tubo evacuado transparente. O tubo de
calor está normalmente ligado a uma placa absorsora que preenche o tubo evacuado. O tubo de calor
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Eficiê
ncia
Diferença de temperatura (°C)
Coletor semcobertura
Colectorcomcobertura
9
contem um fluído (por exemplo metanol) que irá sofrer uma evaporação-condensação cíclica. Numa
das extremidades (zona quente) o fluído evapora ao receber o calor da radiação solar e desloca-se,
por difusão, até á outra extremidade (zona fria). Na zona fria o fluído condensa libertando o seu calor
latente. Após a condensação o fluído migra, por efeito da gravidade ou por capilaridade (dependendo
da posição dos tubos), para a zona quente completando assim o ciclo. Nesta circulação do fluído a
energia que provocou a evaporação numa das extremidades é, portanto, transportada para a outra
extremidade, libertando-se quando ocorre a condensação. A extremidade onde ocorre a condensação
está inserida na tubagem do painel onde circula o fluído térmico, pelo que o calor libertado na
condensação é transferido para o fluído térmico durante a sua passagem pelo painel. [2]
Por não existir evaporação ou condensação a temperaturas superiores à temperatura de mudança de
fase, o tubo de calor possui uma protecção inerente contra o sobreaquecimento e o congelamento.
Este autocontrolo de limite de temperatura é uma característica exclusiva aos colectores de tubos de
calor [2]. Em relação aos FPCs, estes colectores podem trabalhar a temperaturas mais elevadas e com
bom desempenho. Também absorvem tanto a radiação directa como a difusa, no entanto os tubos de
calor possuem uma maior eficiência para pequenos ângulos de incidência do que os FPCs, o que é
uma vantagem em termos do desempenho diário do colector.
Figura 4- Principio de funcionamento do tubo de calor
2.1.3 Concentradores solares
10
2.1.3.1 Colectores parabólicos compostos (CPCs)
A tecnologia destes colectores foi desenvolvida com o objectivo de reduzir as perdas térmicas
existentes nos colectores planos e baseia-se na redução da área de absorção, em comparação com a
área de captação da radiação solar.
Estes colectores têm um aspecto exterior e dimensões semelhantes aos colectores solares planos. No
interior apresentam uma superfície reflectora que, num corte transversal, é constituída por duas
parábolas como se pode observar na Figura 5. O ângulo de abertura das superfícies reflectoras permite
captar a radiação incidente numa vasta gama de ângulos assim como grande parte da radiação difusa.
A configuração da superfície reflectora permite, através de múltiplas reflexões internas, concentrar a
radiação, direccionando-a para o absorsor. O absorsor pode apresentar diversas configurações: pode
ser cilíndrico (um tubo evacuado, por exemplo) ou pode ser semelhante a uma placa absorsora de um
colector solar plano, como o apresentado na Figura 5. [3]
Figura 5- Corte transversal de um CPC da Ao Sol
Comparando com o colector solar plano, o CPC apresenta uma eficiência óptica semelhante (𝜂0 na
ordem dos 0,70) mas possui um melhor isolamento térmico (𝑎1 < 3,5 𝑊/𝑚2. 𝐾). Tem uma elevada
eficiência com baixa radiação, mantem uma elevada eficiência com elevadas diferenças de
temperaturas entre o absorsor e o ar exterior. Funciona com elevadas temperaturas sendo que a
temperatura de estagnação ultrapassa os 200 °C. A principal desvantagem em relação ao colector
plano é o preço ser mais elevado. [3]
2.1.3.2 Colectores cilindro-parabólicos (PTC)
Este tipo de colector solar concentra a radiação solar incidente na superfície parabólica reflectora numa
linha de foco ao longo do eixo do colector. Na linha de foco é instalado um tubo receptor no interior do
qual circula o fluido que irá absorver a radiação concentrada através das paredes do tubo. Estes
colectores possuem um sistema de seguimento solar de um eixo e apenas utiliza a radiação solar
directa. [4]
11
As centrais de energia solar concentrada são a principal aplicação dos PTCs, alimentando um ciclo de
vapor para produção de electricidade. Utilizam-se rácios de concentração geométrica entre 20 e 30,
atingindo-se temperaturas entre 300 e 400 °C. [4]
Os PTCs são também utilizados em aplicações que requerem temperaturas entre 100 e 250 °C. As
aplicações deste tipo são o aquecimento de processos industriais, refrigeração e quando existem
necessidades térmicas de baixa temperatura com uma taxa de consumo muito elevada (1900l/dia no
mínimo), como as AQS e o condicionamento do ar ambiente de grandes infra-estruturas (hospitais,
escolas, instalações desportivas, prisões, etc.) ou aquecimento de piscinas de grande dimensão. São
normalmente utilizados rácios de concentração geométrica entre 15 e 20. Neste tipo de aplicações, as
vantagens dos PTCs em relação aos colectores tradicionalmente utilizados para aquecimento de água
são as menores perdas térmicas, e portanto a maior eficiência, a temperaturas de funcionamento mais
elevadas, uma menor área de colectores necessária para a mesma potência e o facto de não existir o
risco de se atingir temperaturas de estagnação perigosas, visto que o sistema de controlo pode colocar
o colector numa posição fora de foco. As desvantagens são o maior custo de instalação e manutenção
devido ao sistema de seguimento solar e também a necessidade de limpar os componentes. O facto
dos PTCs apenas utilizarem radiação solar directa cria também uma limitação geográfica à sua
instalação e em situações de elevada velocidade do vento pode ser necessário colocar os colectores
numa posição fora de foco, interrompendo a produção. Estudos realizados utilizando dados de
instalações deste tipo concluem que a eficiência geral média do campo solar é de cerca de 40%, com
um pico de eficiência máxima de 60%. [4]
2.2 Campo de colectores solares
2.2.1 Modo de ligação dos colectores solares
Numa instalação solar térmica que utilize mais do que um painel solar, a ligação dos painéis entre si e
à tubagem deverá potenciar o rendimento dos painéis, e sempre que possível deverá ser concebida de
tal modo que fique hidraulicamente equilibrada sem que para isso seja necessário o recurso a órgãos
de equilibragem.
Existem três modos de ligação dos painéis entre si: em série, em paralelo e em paralelo de canais.
2.2.1.1 Ligação em série
Na ligação em série, representada na Figura 6, o fluído térmico percorre todos os painéis, um após o
outro.
Figura 6 - Painéis solares ligados em série
12
Este tipo de montagem implica que apenas o primeiro painel da série recebe fluído à temperatura mais
baixa do circuito primário, os painéis seguintes recebem fluído térmico pré-aquecido pelos painéis
anteriores. Isto significa que o primeiro painel terá melhor rendimento que o segundo, o segundo melhor
rendimento que o terceiro, etc. A perda de carga total dos painéis será igual à soma da perda de carga
em cada um dos painéis, mais a perda de carga nas linhas de ligação. Na Tabela 5 estão resumidas
as principais vantagens e desvantagens deste tipo de ligação. [1]
Tabela 5 - Vantagens e desvantagens da ligação em série
Vantagens Desvantagens
Adapta-se a qualquer tipo de colector Baixo rendimento
Baixo custo de instalação Elevados custos com energia de apoio
Instalação simples
Número de colectores montados em
série limitado (por perda de carga
elevada)
2.2.1.2 Ligação em paralelo
Na ligação em paralelo, representada na figura, cada painel trabalha de forma independente, sendo
percorrido pelo seu caudal nominal.
Figura 7 - Painéis solares ligados em paralelo
Este tipo de montagem implica que, se todos os painéis forem iguais, todos os painéis recebem fluído
térmico à temperatura mais baixa do circuito primário, o que significa que terão todos o mesmo ΔT e o
mesmo rendimento. A perda de carga total será igual à soma da perda de carga de um dos painéis com
a perda de carga nas linhas de ligação ao painel mais afastado da origem. Na Tabela 6 estão resumidas
as vantagens e as desvantagens deste tipo de ligação. [1]
Tabela 6 - Vantagens e desvantagens da ligação em paralelo
Vantagens Desvantagens
Adapta-se a qualquer tipo de colector Instalação medianamente complexa
Perda de carga baixa
Bom rendimento térmico
Custos de ligação mais elevados que na
ligação em série Custos com energia de apoio reduzidos
Número ilimitado de colectores montados
em paralelo
13
2.2.1.3 Ligação em paralelo de canais
Na ligação em paralelo de canais o fluído térmico percorre todos os painéis da forma representada na
Figura 8.
Figura 8 - Painéis solares montados em paralelo de canais
Este tipo de montagem é uma variação da ligação em paralelo que apenas alguns colectores permitem,
e não permite a ligação directa de mais de quatro painéis. A perda de carga é baixa e o rendimento
elevado. Na estão resumidas as vantagens e desvantagens deste tipo de ligação. [1]
Tabela 7 - Vantagens e desvantagens da ligação em paralelo de canais
Vantagens Desvantagens
Perda de carga baixa Não se podem ligar mais de quatro
painéis, entre si Bom rendimento térmico
Baixo custo de montagem Não se adapta a todos os tipos de
colector Custos com energia de apoio reduzidos
Instalação simples de executar
2.3 Circuito solar
2.3.1 Fluído de transferência térmica
O fluído de transferência térmica transporta o calor produzido nos colectores para o seu destino. A água
é, normalmente, o principal constituinte do fluído de transferência térmica pois possui as propriedades
necessárias [3]:
• Capacidade térmica elevada;
• Condutividade térmica elevada;
• Baixa viscosidade;
• Baixo preço;
• Não entra em combustão.
A temperatura do fluído de transferência pode atingir temperaturas negativas durante a noite o que
prova problemas devido ao congelamento da água. Para aumentar o intervalo de temperaturas em que
a água se encontra no estado liquido é adicionado anticongelante, normalmente glicol. Desta forma
baixa-se o ponto de congelamento e aumenta-se a temperatura de ebulição da mistura. No entanto a
adição de glicol tem efeitos negativos nas propriedades do fluído de transferência térmica [3]:
14
• Diminuição da capacidade térmica;
• Redução da condutividade térmica;
• Aumento da viscosidade;
• Aumento da expansão térmica;
• Aumento da fricção;
• Aumento do efeito corrosivo.
Devido ao aumento de efeito corrosivo da água, é ainda necessária a adição de inibidores de acordo
com os materiais específicos da instalação. [3]
Importa ainda referir que a mistura água/glicol com inibidores líquidos satisfaz o requisito de
biodegradabilidade de não ser tóxico nem irritante. [3]
As temperaturas de fusão da mistura, no caso da utilização de um propanediol, ou propileno glicol,
encontram-se na Tabela 8. [5]
Tabela 8 - Temperatura de fusão da mistura para diferentes concentrações (mássicas) de propanediol na água
Concentração (%) Temperatura de fusão (°C)
15 -5,0
25 -10,0
35 -16,6
45 -26,2
2.3.2 Caudal no circuito primário
Segundo manual “energia solar térmica”, recomendam-se caudais elevados para que se obtenha uma
boa eficiência dos colectores. Para um sistema solar para habitação de uma ou duas famílias é referido
o valor de 40 l/h por metro quadrado de superfície de colector como ideal. Já para o aquecimento de
piscinas é recomendado um caudal volumétrico entre os 80 e os 110 l/h por metro quadrado de
superfície de absorsor. [3]
2.3.3 Tubagens
Em sistemas solares são frequentemente utilizadas tubagens de aço inox, aço negro, aço galvanizado,
cobre, e de materiais plásticos. As tubagens de cobre são as mais utilizadas no transporte de calor
entre os colectores solares e os acumuladores por sere um material economicamente competitivo e
tecnicamente adequado. O cobre é resistente à corrosão dos líquidos de transferência térmica e
também dos agentes exteriores. É um material que, graças a sua maleabilidade e ductilidade, permite
ser dobrado, o que permite a execução de traçados complicados e evitar alguns elementos de ligação.
[3]
O diâmetro da tubagem é muito importante visto que influencia directamente a velocidade do
escoamento e, portanto, as perdas de pressão nas linhas de ligação. Devem tentar manter-se as perdas
15
de pressão tão baixas quanto possível, especialmente em instalações solares, nas quais a eficiência
do sistema é normalmente uma prioridade face aos custos. Para manter a perda de pressão baixa é
necessário manter a velocidade de escoamento abaixo dos 0,7m/s. [3]
Em sistemas solares, a tubagem deve ter um isolamento térmico que permita minimizar as perdas no
transporte de energia. Para tubagens de cobre até 18x1 recomenda-se um mínimo de 30 mm de
espessura de isolamento, para dimensões superiores um mínimo de 40 mm. O material utilizado deve
ter uma condutividade térmica de 𝐾 ≤ 0,0035 𝑊/𝑚𝐾. [3]
2.3.4 Permutador
Num sistema solar é necessário um permutador de calor para a transferência do calor transportado no
circuito primário para o acumulador. Os permutadores de calor podem ser diferenciados entre externos
e internos. [3]
Os permutadores internos podem ser tubulares lisos ou tubulares com alhetas. Os permutadores
tubulares lisos possuem uma maior capacidade de troca de calor por metro quadrado de superfície de
transferência de calor. No entanto, os tubulares com alhetas têm uma superfície de contacto maior por
comprimento de tubo, sendo o seu design compacto vantajoso para utilizar em tanques de
armazenamento compacto. A instalação dos permutadores é feita na vertical, promovendo o efeito de
estratificação térmica no acumulador. As ligações devem ser feitas de modo a que o fluido de
transferência térmica percorra o permutador de cima para baixo, de modo a optimizar a transferência
de calor. [3]
Os permutadores de calor externos podem ser de placas ou tubulares. As ligações devem ser feitas de
modo a que o fluxo entre os dois líquidos seja feito em contra corrente, normalmente com o liquido mais
quente a percorrer o permutador de cima para baixo. Os permutadores externos devem ser bem
isolados termicamente. Na Tabela 9 estão resumidas algumas vantagens e desvantagens dos
permutadores de externos, em relação aos internos. [3]
Tabela 9 - Principais vantagens e desvantagens dos permutadores externos em relação aos internos
Vantagens Desvantagens
Capacidade de transferência de calor mais elevada Preço mais elevado
Raramente existe redução devido ao calcário Necessidade de uma
bomba adicional na parte
secundária do circuito Possibilidade de utilização de um permutador para
vários acumuladores
Alguns permutadores externos de placas têm ainda a particularidade de poderem ser adaptados ás
necessidades aumentando ou diminuindo o número de placas do permutador.
16
O permutador externo de placas e o interno (serpentina) são os de utilização mais comum nas
instalações solares, tendo valores de eficácia tipicamente de 0,75 e 0,55 respectivamente. Para
volumes de acumulação a partir dos 3000L recomenda-se a utilização de permutadores externos. A
potência do permutador recomendada é, tipicamente, de 750 W/m2 de superfície colectora. [6]
2.3.5 Vaso de expansão
Trata-se de um recipiente de metal fechado que tem no seu interior uma membrana flexível que separa
dois meios: um gás (normalmente nitrogénio) que está a uma pressão pré-estabelecida; o fluído de
transferência térmica que entra no vaso de expansão devido ao aumento de volume quando aquecido.
[3]
O vaso de expansão tem o objectivo de absorver as dilatações e contracções da água no interior do
sistema hidráulico, de modo a que a pressão se mantenha dentro de um patamar pré-definido. O vaso
de expansão deve ainda manter, em permanência, uma pressão constante na linha de aspiração e ao
mesmo tempo garantir uma sobrepressão, em relação à atmosfera de 0,5 bar no topo da instalação.
Estes princípios são a resposta mais comum entre os especialistas, mas existem aspectos adicionais
a ter em conta. É mencionado que, na realidade, a parte da instalação onde se deve manter a pressão,
o mais estável possível, é nos painéis. Assim o vaso de expansão deverá ser montado imediatamente
antes destes. O facto de ser o local onde o fluído térmico está mais frio é altamente benéfico para a
vida útil do vaso de expansão. No entanto, com esta localização perde-se, parcialmente, o controlo na
pressão de aspiração da bomba. [1]
Por outro lado, há quem defenda que o vaso de expansão deverá ser montado necessariamente na
aspiração da bomba, no circuito de ida para os colectores, como indicado na parte esquerda da Figura
9. Caso não haja espaço pode ser montado, deve ser montado em alternativa como indicado na parte
direita da Figura 9 (neste caso é absolutamente necessário a instalação de um purgador automático
antes do vaso de expansão, para facilitar a evacuação de gases). [6]
Figura 9 - Montagem do vaso de expansão na aspiração da bomba
A forma geral de calcular o volume de água armazenada no vaso de expansão (Vexp) deve contemplar
três parcelas referentes a: 1) aumento do volume de água (Ve), devido ao aquecimento desde a
temperatura de referência, geralmente 10 ºC (Tmin), até à temperatura máxima de serviço do sistema
(Tmax); 2) volume mínimo de água a ser armazenado no vaso e que possa fazer frente a uma fuga no
sistema (Vv); 3) volume total de água contida nos painéis solares (Vk).
𝑉𝑒 = 𝛽 𝑉𝐴 (𝑇𝑚𝑎𝑥 − 𝑇𝑚𝑖𝑛) (1)
17
𝑉𝑉 ≥ 0,005 𝑉𝐴 (2)
𝑉𝑉 ≥ 3 (3)
𝑉𝑒𝑥𝑝 = 𝑉𝑒 + 𝑉𝑉 + 1,1×𝑉𝑘 (4)
Na expressão (1) β representa o coeficiente de expansão do fluído térmico e VA o volume total de água
contida no sistema. No caso de painéis solares em que o fluído térmico é o mesmo que percorre o resto
do circuito solar, Vk deverá ser sempre considerado no dimensionamento do vaso de expansão, mas a
temperatura a partir da qual se considera a formação de vapor será limitada a 110 ~ 120 ºC, pelo que
normalmente se utiliza Tmax = 120 ºC. No caso dos colectores de tubos de calor, em que o fluído que
percorre a instalação nunca entra dentro dos tubos de vácuo, caso se possa considerar que 𝑝0 ≤ 4 bar
é suficiente para evitar a formação de vapor no interior dos painéis, devemos ignorar Vk. [1]
2.3.6 Acessórios anti-retorno
Quando a bomba de circulação não está em funcionamento (nomeadamente no período da noite) é
essencial que esteja instalada uma válvula anti-retorno, ou um freio de gravidade, no fluxo de retorno
entre a bomba e o colector, para evitar o arrefecimento do tanque de armazenamento. Este acessório
deve ser dimensionado de forma a que a pressão do fluído de transferência térmica não seja suficiente
para abrir a válvula. [3]
2.3.7 Purgador de ar
No ponto mais alto do sistema solar deve ser instalado um purgador de ar automático com válvula de
fecho total ou um purgador de ar manual. Estes purgadores servem para drenar o ar do circuito solar
depois de preenchido com o fluído de transferência térmica e quando for necessário durante o período
de operação normal do sistema. Têm de ser resistentes ao glicol e a temperaturas de pelo menos
150°C. Em situação de estagnação do sistema, a válvula deve estar fechada para que não exista o
risco de perda do fluído de transferência térmica por evaporação. [3]
2.3.8 Válvula de segurança
Os sistemas têm que estar equipados com uma válvula de segurança com uma largura nominal mínima
de DN 15 (na secção de entrada). Quando é excedida a pressão de regulação a válvula abre e permite
o escoamento do fluido de transferência para um tanque colector. [3]
2.4 Ferramentas de dimensionamento
O cálculo da energia captada por um sistema solar térmico é muito complexo, pelo que é feito com
recuso a um programa de cálculo.
2.4.1 Metodologia de Cálculo simplificado
18
2.4.1.1 Área de colectores
Existem fórmulas aproximadas que permitem fazer uma estimativa simplificada da superfície de
colectores necessária. Para tal começa-se por estipular o calor necessário anualmente para
aquecimento da água (Qu), a radiação solar anual no local, a eficiência média do sistema e a fracção
solar que se deseja atingir. A área da superfície de colectores pode então ser estimada, em primeira
aproximação, pela seguinte expressão[3]:
𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑜𝑠 𝑐𝑜𝑙𝑒𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠[𝑚2] =
𝑄𝑢[𝑘𝑊ℎ]×𝐹𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟
𝑅𝑎𝑑𝑖𝑎çã𝑜 𝑛𝑜 𝑙𝑜𝑐𝑎𝑙[𝑘𝑊ℎ 𝑚2⁄ ]×𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑜 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 (5)
2.4.1.2 Orientação e inclinação dos painéis
Um painel sem seguimento solar deverá ser instalado com a orientação e ângulo de inclinação que
maximize a radiação incidente e, portanto, a energia produzida. No hemisfério norte, a orientação
óptima é geralmente de 0º, ou seja, para o Sul geográfico. Naturalmente que por vezes tal não se
verifica, devido às sombras criadas pela envolvente do local, ou devido ao perfil das necessidades
térmicas, por exemplo.
O angulo de inclinação óptimo vai depender da latitude do local. São ainda recomendadas inclinações
diferentes dependendo da altura do ano em que o sistema é utilizado. Na Tabela 10 encontram-se as
inclinações recomendadas em função a latitude do local para utilizações em diferentes períodos do
ano. [6]
Tabela 10 - Inclinação de referência para painéis
Período de utilização Ângulo de inclinação
recomendado
Inverno Latitude do local + 15º
Verão Latitude do local - 15º
Todo o ano Latitude do local - 5º
2.4.1.3 Distância mínima entre fileiras
Devido ao efeito de sombreamento próprio num campo de painéis, as fileiras não devem estar próximas
demasiado próximas umas das outras. Considera-se que às 12 horas solares do dia mais curto do ano
as filas de colectores não devem sombrear a fila que se à sua retaguarda. Assim, as distâncias mínimas
entre fileiras podem ser calculadas através das seguintes expressões, baseadas na Figura 10:
𝑑1 = 𝑏
sin(α)
tan(𝛽) (6)
𝑑 = 𝑑1 + 𝑏 cos (𝛼) (7)
𝛽 = 90° − |𝐿 − 𝛿𝑆| (8)
onde 𝑑 é o passo entre fileiras, 𝑑1 é a distância entre as fileiras, 𝑏 é o comprimento dos coletores solares
α é o angulo de inclinação dos coletores solares, 𝛽 é o angulo de altitude solar ás 12 horas solares do
solstício de inverno, 𝐿 é a latitude do local e 𝛿𝑆 é o angulo de declinação solar.
19
Figura 10 - Distancia de sombreamento entre fileiras de colectores solares
20
3 Caso de estudo (piscina do IST)
3.1 Descrição física
A infra-estrutura em estudo está localizada no campus da Alameda do IST, junto à Avenida Rovisco
Pais, Lisboa e pertence ao pavilhão da AEIST. As coordenadas geográficas são as seguintes:
Tabela 11 - Coordenadas geográficas do pavilhão da piscina
Latitude Longitude
38°44'09.3"N 9°08'14.5"W
Figura 11 - Localização do pavilhão da piscina
Na Tabela 12 estão apresentadas as principais dimensões do pavilhão da piscina, do tanque da piscina
e dos balneários.
Tabela 12 - Principais dimensões do pavilhão da piscina, da piscina e número de duches nos balneários
Dimensões do pavilhão da piscina (interior)
Comprimento [m] Largura [m] Altura [m] Área [m2] Volume [m3]
33,5 13,1 9,3 438,85 4081,305
Dimensões da piscina
Comprimento [m] Largura [m] Área [m2] Profundidade média [m]
Volume [m3]
24,9 8,8 219,12 1,9 409,4
Número de duches nos balneários da piscina
Masculino Feminino
7 12
21
A carga térmica do edifício é suportada por um sistema de aquecimento instalado na cave do edifício
imediatamente a oeste do pavilhão da piscina. O calor produzido pelo sistema é utilizado no
aquecimento das AQS consumidas nos balneários e no aquecimento da água da piscina. É também
utilizado no condicionamento do ar do pavilhão. A UTA encontra-se instalada no telhado do pavilhão
da piscina. As principais dimensões do telhado encontram-se descritas na Figura 12 e foram medidas
com recurso ao Google Maps [7].
Figura 12 - Dimensões do telhado
Os sombreamentos no telhado foram medidos utilizando uma estação total num ponto central do
telhado. Mediu-se o ângulo zenital entre a estação total e o topo dos edifícios envolventes. Os ângulos
de altitude dos edifícios foram medidos de 4,5 em 4,5 graus azimutais (5 grados) em torno da estação
total, tendo sido feitas um total de 64 medições desde os -153 graus a Este do até aos 130.5 graus a
Oeste. Na Figura 13 estão representadas as obstruções solares que envolvem o telhado do pavilhão
da piscina. A figura foi obtida introduzindo as medições efectuadas após tratamento de dados no
SolTerm.
22
Figura 13 - Representação das obstruções solares no telhado
3.2 Sistema de aquecimento actual
O sistema de aquecimento que actualmente se encontra instalado está esquematizado na Figura 14.
Toda a carga térmica é suportada por um conjunto modular de 3 caldeiras cujas características se
apresentam na Tabela 13.
Tabela 13 - Características técnicas das caldeiras 1, 2 e 3
Características técnicas Caldeiras 1, 2 e 3
Fabricante Roca
Modelo NG 400/260
Ano de fabrico 1998
Potência nominal (kW) 310
Temperatura máxima (°C) 95
Pressão máxima (bar) 4
O aquecimento é feito através de um circuito de água fechado. Existem no circuito de aquecimento
primário um total de quatro bombas hidráulicas de circulação, instaladas no circuito da UTA, no circuito
da piscina e duas, em paralelo, no circuito do depósito de AQS, cujo funcionamento é feito apenas por
uma das bombas sendo a segunda de reserva. Na Tabela 14 encontram-se as características técnicas
das bombas de circulação (a bomba da piscina não dispunha de placa de características técnicas).
23
Figura 14 - Esquema do sistema de aquecimento actualmente instalado
Tabela 14 - Características técnicas das bombas hidráulicas de circulação
Características técnicas Bomba AQS 1 e 2 Bomba UTA Bomba Piscina
Fabricante LOWARA Grundfos SIME
Modelo AFLCG 40-120 UPS 30-80 180 -
Potencia (W) 27-450 145-245 -
Tensão (V) 230 230 -
Frequência (Hz) 50 50 -
Corrente (A) 0,22-2,70 0,65-1,05 -
24
Quando é necessário fornecer calor ao tanque de AQS, à UTA ou à piscina, a(s) bomba(s) respectiva(s)
liga(m) fazendo a água circular. A água abandona o colector de retorno e atravessa o módulo de
caldeiras para ser aquecida. O número de caldeiras que acende depende das necessidades térmicas
do momento. Ao sair do módulo de caldeiras, a água quente entra no colector de ida e em seguida é
encaminhada pelo funcionamento da(s) bomba(s) para onde for necessário o aquecimento.
O aquecimento do depósito de AQS é feito através de um permutador de placas exterior, mantendo a
água do tanque a uma temperatura de 60 °C, medida de segurança contra a legionella. Nas Tabela 15
apresentam-se algumas características técnicas do permutador e do depósito de AQS
respectivamente. Para informações mais detalhadas sobre o deposito de AQS consultar o anexo.
Tabela 15 - Características técnicas do permutador de placas AQS
Características técnicas Permutador AQS
Fabricante ARSOPI THERMAL, S.A.
Modelo FH00-HJ-36
Nº fábrica 11328TH
Ano de fabrico 2013
Lado A Lado B
Temperatura cálculo (°C) 0/130 0/130
Pressão cálculo (bar) 10 10
Pressão ensaio (bar) 13 13
Volume (l) 0,81 0,765
Fluído 1/2 1/2
Potência térmica (kW) 25/200
Data ensaio Jun/13
Peso (kg) 21
Aperto máximo (mm) 91
Aperto mínimo (mm) 91
Código aplicável ASME VIII-1
25
Tabela 16 - Características técnicas do depósito de AQS
Características técnicas Depósito AQS
Figura 15 - depósito de AQS 216P 2000
Fabricante SiCC
Modelo 216P 2000
Nº fabrica 0804915015
Ano de fabrico 2008
Tratamento VITROFLEX
Capacidade (dm3) 2000
Temperatura máxima (°C) 99
Pressão máxima (bar) 8
A piscina é, também, aquecida através de um permutador de placas. A água da piscina deve ser
mantida entre os 25 e os 28 °C. A placa de características técnicas do permutador da piscina está
danificada e ilegível.
A UTA utiliza água quente a 80 °C, retornando a 60 °C. Depois de fornecer o calor onde era necessário,
a água entra no colector de retorno, completando o circuito. Na Tabela 17 estão apresentadas algumas
características técnicas da UTA. Para informações mais completas sobre as características da UTA e
o seu funcionamento podem ser consultadas no em anexo as páginas do catálogo do fabricante
referentes ao modelo instalado.
Tabela 17 - Características técnicas da UTA
Características técnicas UTA
Fabricante C.I.C. Jan Hrebec
Modelo H 10 RT
Caudal de r (m3/h) 9000
Caudal de água 80/60 °C (m3/h) 3,7
Potência de aquecimento max. @ Tvst = 15°C (kW) 84,4
Potência do ventilador de insuflação (kW) 4,1
Potencia do ventilador de extracção (kW) 3,8
Foram medidos, utilizando uma fita métrica, os perímetros exteriores de alguns tubos dos circuitos de
aquecimento. As medições do perímetro, o material dos tubos e o diâmetro externo encontram-se
resumidas na Tabela 18.
Tabela 18 - Características das tubagens
Circuito Material Perímetro
Exterior (cm) Diâmetro
Exterior (mm)
26
Caldeira - UTA Ferro Fundido 19 60,479
Caldeira - AQS Ferro Fundido 13,5 42,972
Caldeira – Permutador piscina
Ferro Fundido 24 76,394
Permutador piscina – Circulação piscina
PVC 23,6 75,121
3.3 Estimativas das necessidades térmicas
Durante a realização desta tese, a piscina encontra-se encerrada, pelo que não foi possível efectuar
medições no local, de modo a ter uma estimativa mais corretã da carga térmica da piscina e das AQS
ou até da UTA. Assim, as necessidades térmicas foram estimadas a partir de dados antigos da
ocupação da piscina, algumas medições previamente efectuadas pelo projecto campus sustentável e
aproximações baseadas nas dimensões das instalações.
3.3.1 Ocupação da piscina
Retirou-se de um breve estudo efectuado em 2014 pelo Eng. Fernando Prata Lourenço o perfil de
utilização semanal da piscina da AEIST apresentado na Tabela 19, medido durante o período de aulas.
Tabela 19 - Utilização da piscina medida em período de aulas
Horas 2º 3º 4º 5º 6º Sábado
07:40 5 5 6 5 6
08:20 8 3 6 3 6
09:00 3 5 3 6 2 2
09:40 15 7 15 6 15 2
10:20 4 5 5 5 5 3
11:00 4 5 5 5 5 15
11:40 5 6 5 6 5 20
12:20 6 22 6 22 6 3
13:00 12 20 14 20 10 3
15:50 0 0 0 0
16:30 11 0 7 0 7
17:20 18 20 22 23 32
18:00 20 22 22 14 24
18:40 18 9 17 10 12
27
19:20 1 0 1 0 1
20:00 12 9 13 6 10
Total 142 138 147 131 146 48
Destas medições decorre que existia uma média de utilização de 141 utentes por dia (útil).
Dados de 2011 fornecidos pela desportiva do técnico apontam para uma média que pode rondar os
215 utentes por dia, uma utilização cerca de 1,5 vezes superior à da tabela. É ainda referido que o valor
foi estimado com dados de Fevereiro e que a amostra não é representativa dos meses mais quentes,
em que a procura dos serviços da piscina aumenta.
Visto que a AEIST pretende um aumento de utilizadores quando a piscina reabrir, decidiu-se utilizar o
perfil de utilização semanal da Tabela 19 multiplicado por 1,5 atingindo-se a utilização média diária
estimada em 2011, chegando-se assim a o perfil de utilização de dia útil generalizado apresentado na
Tabela 20.
Tabela 20 - Perfil de utilização da piscina utilizado e generalização para dia útil
Horas 2º 3º 4º 5º 6º Dia útil Sábado
07:40 8 8 10 8 10 9
08:20 13 5 10 5 10 9
09:00 5 8 5 10 4 6 4
09:40 23 11 23 10 23 18 4
10:20 7 8 8 8 8 8 5
11:00 7 8 8 8 8 8 23
11:40 8 10 8 10 8 9 31
12:20 10 34 10 34 10 20 5
13:00 19 31 22 31 16 24 5
15:50 0 0 0 0 0 0
16:30 17 0 11 0 11 8
17:20 28 31 34 36 49 36
18:00 31 34 34 22 37 32
18:40 28 14 26 16 19 21
19:20 2 0 2 0 2 1
20:00 19 14 20 10 16 16
Total 225 216 231 208 231 225 77
28
3.3.2 Número de banhos/consumo de AQS
O numero de banhos diários foi estimado considerando que todos os utilizadores da piscina tomam
banho (após a utilização) consumindo cada um 40 l de água quente a 50°C, o que se traduz em 9000l
de AQS em dia útil e 3080l ao sábado.
O cruzamento de dados das tabelas Tabela 19 e Tabela 20 permite a determinação do perfil de
consumo hora a hora de AQS diário, apresentado na Tabela 21.
Tabela 21 - Perfil de consumo de AQS diário (hora a hora)
Horário Dia útil Sábado
nº banhos litros(50°C) % nº banhos litros(50°C) %
das 8 as 9 9 360 4
das 9 as 10 15 600 6,7 4 160 5,2
das 10 as 11 18 720 8 4 160 5,2
das 11 as 12 16 640 7,1 28 1120 36,4
das 12 as 13 9 360 4 31 1240 40,2
das 13 as 14 44 1760 19,6 10 400 13,0
das 14 as 17
das 17 as 18 8 320 3,5
das 18 as 19 68 2720 30,2
das 19 as 20 21 840 9,3
das 20 as 21 17 680 7,6
Total 225 9000 100 77 3080 100
3.4 Modelo do sistema actual
Utilizando o Polysun, foi modelado um sistema com o objectivo de simular o sistema de aquecimento
actualmente instalado. A configuração do modelo criado pode ser observada na Figura 16 onde também
se identificam os tubos com números.
29
Figura 16 - Configuração do modelo do sistema actual criado e identificação dos tubos do sistema
Não foi possível recriar no programa o conjunto de 3 caldeiras que funcionam por escalões dependendo
das necessidades térmicas, pelo que foram utilizadas 3 caldeiras separadas: uma para a UTA, uma
para as AQS e outra para a piscina.
3.4.1 Parâmetros dos componentes utilizados no Polysun
A maioria dos componentes do sistema modelado foram obtidos editando alguns parâmetros de
equipamentos já existentes no Polysun.
3.4.1.1 Tubagens
Foram utilizadas as tubagens já existentes no programa com os diâmetros externos mais próximos dos
que foram medidos. A espessura de isolamento foi colocada a 0 mm em todos os tubos. Não existem
tubagens de ferro fundido no programa pelo que foram utilizadas tubagens de aço.
Tabela 22 - Principais parâmetros das tubagens
Tubo Nome do tubo no
Polysun Diâmetro
externo (mm) Diâmetro
interno (mm) Comprimento
(m)
1 e 2 Tubo em aço 2’’ 60,3 54,5 35
3 e 4 Tubo em aço 1 ¼’’ 42,4 32,2 2
5 e 6 Tubo em aço 1 ¼’’ 42,4 32,2 4
7 e 8 Tubo em aço 2 ½’’ 76,1 70,3 2
9 e 10 PVC 65 75,2 66,9 8
11 Tubo em aço 1 ¼’’ 42,4 32,2 48
12 e 13 Tubo em aço 1 ¼’’ 42,4 32,2 2
3.4.1.2 Bombas
Foram utilizadas bombas já existentes no programa com parâmetros próximos das bombas reais. As
bombas escolhidas e os respectivos caudais encontram-se na Tabela 23. No caso da bomba do circuito
30
da piscina, a escolha foi feita com base em bombas tipicamente utilizadas noutras piscinas e que
permitem caudais superiores a 9000 l/h, com potências que ultrapassam os 700W.
Tabela 23 - Principais parâmetros das bombas de circulação
Circuito Nome da bomba no Polysun Caudal (l/h)
UTA Grundfos UPS 32-80 (F) 2800
AQS Wilo-Stratos-D 40/1-12 3740
Piscina Wilo-Stratos-D 80/1-12 8890
3.4.1.3 Permutadores
O permutador de calor do depósito de AQS utilizado já existia no programa. O permutador da piscina
foi obtido editando a potencia de transferência de calor. Os permutadores utilizados estão
apresentados na Tabela 24.
Tabela 24 - Permutadores de calor utilizados
Permutador Nome do permutador no Polysun Alterações
AQS 150 kW/K -
Piscina 150 kW/K Potência alterada para 300kW/k
3.4.1.4 Caldeiras
As caldeiras utilizadas foram obtidas editando a caldeira sem bomba integrada “a gás 200 kW” já
existente no programa. As alterações efectuadas estão apresentadas na Tabela 25.
Tabela 25 - Parâmetros da caldeira "a gás 200kW" alterados
Caldeira Potência
(kW) Rendimento
(%) Temperatura de segurança (°C)
“a gás 200 kW” 200 90 140
Utilizada 310 83 95
3.4.1.5 Deposito de AQS
O depósito de AQS foi obtido através da edição do acumulador que o programa cria quando se utiliza
opção “redefinir acumulador”, opção que permite definir as conexões existentes. Na Tabela 26
encontram-se os parâmetros que foram alterados.
Tabela 26 - Parâmetros do acumulador do programa que foram alterados
Acumulador Volume
(l) Altura
(m)
Perdas de calor em estado estacionário
(W)
Isolamento térmico
Espessura do isolamento
(mm)
Original 600 1,7 0 PU rígido 80
Utilizado 2000 2,4 183 Poliestireno 60
31
3.4.1.6 UTA
Como aproximação da UTA editou-se um módulo “ventoinha” do Polysun. Os parâmetros modificados
podem ser consultados na Tabela 27.
Tabela 27 - Parâmetros da "ventoinha com quatro tubos 7" alterados
UTA Potência de aquecimento nominal (W)
Caudal nominal de água quente
(l/h)
Caudal nominal de
ar (l/s)
Potência da ventoinha
(W)
“Ventoinha com quatro tubos 7” (original)
5200 222,8 101 78
Utilizado 30000* 3700 2500 4100
*Este valor é o máximo que o programa permite colocar.
3.4.1.7 Edifício, piscina e consumo de AQS
Os parâmetros utilizados no edifício da piscina, na piscina e no consumo de AQS que se encontram
nas Figura 17, Figura 18 e Figura 19 respectivamente.
Figura 17- Parâmetros do edifício da piscina
32
Figura 18- Parâmetros da piscina
Os parâmetros utilizados no consumo de AQS encontram-se na Figura 19. O perfil diário “Picos AEIST”
é o apresentado na Tabela 21.
Figura 19- Parâmetros do consumo de AQS
33
3.4.2 Controladores
O controlo do sistema de aquecimento é essencial para o funcionamento do mesmo. Um controlador
mal programado pode significar que a procura energética não seja satisfeita na totalidade ou seja
satisfeita com um enorme desperdício de energia.
Na Figura 20 estão identificadas as caldeiras (1,2 e 3), as bombas (b1 a b5), os controladores (c1 a
c6) e a válvula misturadora (v1). As funções de cada controlador estão sucintamente descritas na
Tabela 28.
Figura 20- Identificação dos controladores e dos componentes que accionam
Tabela 28 - Descrição das funções dos controladores
Controlador Descrição
C1
Acciona a bomba b1 e a caldeira 1 quando a temperatura ambiente no edifício é
menor que a temperatura ambiente nominal (28°C). O accionamento é interrompido
quando a temperatura ambiente no edifício atinge os 29°C.
C2
Acciona a bomba b2 e a caldeira 2 quando a temperatura da água na camada mais
baixa do depósito de AQS é menor que 55°C. O accionamento é interrompido quando
a temperatura da água na camada mais baixa atinge os 57°C.
C3 Acciona a bomba b3 enquanto é detectado caudal no circuito da bomba b2.
C4
Acciona a bomba b4 e a caldeira 3 quando a temperatura da água da piscina é menor
que a temperatura nominal (26°C). O accionamento é interrompido quando a
temperatura da água da piscina atinge os 27°C.
C5 Acciona a bomba b5 enquanto é detectado caudal no circuito da bomba b4.
34
C6
Controla a posição da válvula de mistura v1 em função da temperatura da água na
camada superior do depósito de AQS da temperatura da água da rede, de forma a
que a temperatura da água à saída da válvula seja de 50°C.
3.4.3 Resultados da simulação do modelo actual
Na Tabela 29 compara-se o consumo de combustível medido em 2014 com o consumo de combustível
obtido na simulação do modelo no Polysun.
Tabela 29 - Comparação do consumo de combustível real (2014) com o do modelo
Consumo de combustível (kWh) Erro
Sistema real (2014) Modelo Absoluto (kWh) Relativo (%)
Janeiro 66027,76 59625 -6402,76 9,70
Fevereiro 58506,02 50909 -7597,02 12,99
Março 65461,74 46297 -19164,74 29,28
Abril 39687,62 42145 2457,38 6,19
Maio 45392,21 36872 -8520,21 18,77
Junho 33251,52 28870 -4381,52 13,18
Julho 23704,32 26509 2804,68 11,83
Agosto 7126,185 16090 8963,81 125,79
Setembro 32399,85 25544 -6855,85 21,16
Outubro 40204,24 34651 -5553,24 13,81
Novembro 51794,94 49278 -2516,94 4,86
Dezembro 60854,82 57562 -3292,82 5,41
Total ano 524411,23 474353 -50059,23 9,55
Na simulação do modelo actual no Polysun, obteve-se um consumo anual de combustível nos
geradores de calor de 474353 𝑘𝑊ℎ. Este valor representa um erro de 9,55% relativamente aos
524411,23 𝑘𝑊ℎ consumidos em 2014. Comparando os consumos mensais, o mês de Agosto destaca-
se com um erro superior a 120%. Este erro justifica-se com o encerramento das instalações em Agosto.
Isto significa que não existe consumo de AQS durante esse mês. O aquecimento da piscina e do ar é,
também, desligado sendo novamente ligado alguns dias antes da reabertura em Setembro. Na
simulação também não existe consumo de AQS, mas a piscina e o ar continuam a ser aquecidos
durante o mês de Agosto o que explica a elevada discrepância. É possível na simulação desligar as
caldeiras durante o mês de Agosto, no entanto não é possível que estas liguem alguns dias antes de
Setembro, como acontece na realidade. Nessas condições, o mês de Agosto teria um erro menor, mas
iria afectar os resultados do mês de Setembro, pois a piscina iria abrir os seus serviços sem ter sido
previamente aquecida. Assim, considerou-se que para avaliar o modelo deve ser excluído o mês de
Agosto nas comparações com o sistema real.
35
Observando agora os resultados dos outros meses, verifica-se que ainda existem alguns problemas
com o modelo. Março e Setembro têm erros superiores a 20% e Julho e Abril têm erros por excesso,
ao contrario dos outros meses. Visto que marco e Setembro são meses de inicio de semestre e Abril e
Julho meses com período de ferias, estes resultados sugerem que o perfil de utilização das instalações
deve ser ajustado. Decidiu-se então fazer alguns ajustes ao perfil mensal de consumo de AQS colocado
no Polysun (Ver Figura 19).
Decidiu-se utilizar os 9000l/dia como base, fazendo em alguns meses alterações percentuais que se
consideraram apropriadas. Considerou-se, para os ajustes, as seguintes hipóteses:
- No inicio dos semestres existe um grande aumento do numero de utilizadores, a maior parte
dos quais irá desistir da prática nos meses seguintes;
-Existe um aumento considerável de utilização nos meses mais quentes do ano;
-Existe uma diminuição considerável de utilização nos períodos de férias.
Na Tabela 30 está resumido o raciocínio efectuado para os ajustes e na Figura 21 encontram-se os
novos parâmetros de AQS resultantes dos ajustes inseridos no Polysun.
Tabela 30 - Ajustes mensais ao consumo de AQS
Mês Ajustes Total
Março Inicio de semestre: + 70% +70%
Abril Férias da páscoa: - 30% -30%
Maio Mês quente: +20%
1º Mês quente do ano: +20% +40%
Junho Mês quente: +20% +20%
Julho Mês quente: +20%
Férias (mês inteiro): - 60% -40%
Setembro
Mês quente: +20%
Férias (inicio do mês): -30%
Inicio de semestre: +70%
+60%
Outubro Desistências de Setembro graduais: +20% +20%
Dezembro Férias de Natal: -30% -30%
36
Figura 21 – Parâmetros do consumo de AQS ajustados
Na Tabela 31 encontram-se os resultados obtidos com o consumo de AQS ajustado da Figura 21 e
excluindo Agosto.
Tabela 31 - Consumo de combustível do modelo e comparação com o real
Consumo de combustível (kWh) Erro
Sistema real (2014) Modelo Absoluto (kWh) Relativo (%)
Janeiro 66027,76 60175 -5852,76 8,86
Fevereiro 58506,02 51095 -7411,02 12,67
Março 65461,74 53166 -12295,74 18,78
Abril 39687,62 39252 -435,62 1,10
Maio 45392,21 40887 -4505,21 9,93
Junho 33251,52 31130 -2121,52 6,38
Julho 23704,32 22891 -813,32 3,43
Agosto 7126,19 16078 8951,81 125,62
Setembro 32399,85 30171 -2228,85 6,88
Outubro 40204,24 36939 -3265,24 8,12
Novembro 51794,94 49633 -2161,94 4,17
Dezembro 60854,82 54701 -6153,82 10,11
Total ano 524411,23 486118 -38293,23 7,30
Sem Agosto 517285,04 470040 -47245,04 9,13
37
Como se pode observar, os ajustes tiveram um impacto considerável, homogeneizando os erros obtidos
nos diversos meses. Assim considera-se que o novo perfil mensal de consumo de AQS representa
melhor o consumo real e será por isso utilizado nas restantes simulações. O facto de o erro ser por
defeito em todos os meses sugere que possam existir perdas no sistema real que o modelo não
contabiliza. Existem ainda algumas discrepâncias nos erros de alguns meses. No entanto os resultados
são bastante satisfatórios tendo em conta que não foi possível efectuar medições ao sistema em
funcionamento e que os dados climáticos utilizados pelo Polysun, representativos de um ano típico em
Lisboa, são diferentes das condições que realmente se verificaram em 2014. Com tudo isto considera-
se o erro de 9,13% no consumo total do ano (excluindo Agosto) é um bom resultado, pelo que, aplicando
soluções com solar térmico neste modelo e comparando os resultados com os do modelo actual, podem
retirar-se conclusões acerca do impacto que teria a instalação dessas soluções no sistema real e a sua
viabilidade.
38
4 Soluções com solar térmico propostas
4.1 Pré-análise de soluções
Nesta secção serão apresentadas de forma pouco aprofundada algumas das configurações
experimentadas, de forma explicar um pouco o processo de desenvolvimento do sistema escolhido.
Nas Figura 22, Figura 23, Figura 24, Figura 25 e Figura 26 estão representados os sistemas solares 1,
2, 3, 4 e 5 respectivamente. Na tabela encontram-se os consumos anuais totais de energia (gás natural
e eléctrica) dos sistemas. Os principais parâmetros dos sistemas foram, obviamente, mantidos iguais
para que se possam fazer comparações conclusivas entre os sistemas.
A primeira solução com solar idealizada pretendia a inclusão da energia solar térmica no sistema
fazendo o mínimo possível de alterações ao sistema actual. Foi então desenhado o sistema solar 1 da
Figura 22, no qual a energia solar é apenas utilizada no aquecimento do deposito de AQS e da piscina.
Figura 22 – Sistema solar 1
Em seguida procurou-se que a energia térmica também fosse aproveitada pela UTA. Procurou-se
também garantir que a água quente sanitária seja potável e segura em relação aos perigos da
legionella. Chegou-se então ao sistema solar 2 da Figura 23. Verificou-se um decréscimo no consumo
de energia.
39
Figura 23 – Sistema solar 2
Em seguida experimentou-se retirar o deposito de AQS do sistema solar 2, por forma a que a AQS seja
aquecida apenas pelo percurso na serpentina do acumulador, chegando-se assim ao sistema solar 3
da Figura 24. A alteração resultou num decréscimo do consumo.
Figura 24 - Sistema solar 3
Para testar qual o tipo de permutador do acumulador, alterou-se o sistema 3 colocando um permutador
externo em vez do permutador de serpentinas como mostra a Figura 25 do sistema 4. O consumo
menor permite concluir que o permutador externo é mais vantajoso.
40
Figura 25 - Sistema solar 4
Por fim, no sistema 5 decidiu-se mudar as ligações de aquecimento solar da piscina como se mostra
na Figura 26, uma ligação mais comum neste tipo de sistemas. Esta alteração prejudicou um pouco
resultados. Assim foi escolhida a configuração do sistema 4.
Figura 26 - Sistema solar 5
Tabela 32 - Consumo de energia auxiliar (gás natural e electricidade) anual dos sistemas
Sistema 1 2 3 4 5
Consumo (kWh) 285050 278117 258802 252069 266215
41
4.2 Configuração escolhida
Figura 27 - Configuração do sistema solar térmico desenvolvido no Polysun
Este sistema utiliza apenas um reservatório de água que funciona como acumulador de energia solar.
A energia captada nos colectores solares é transportada no circuito solar até ao permutador de calor
externo, que a transfere ao acumulador. O permutador externo está ligado à parte inferior do
acumulador onde a água tem uma temperatura mais baixa e, portanto, a transferência é mais eficiente.
A UTA, de acordo com o manual, utiliza água a 80 °C no seu funcionamento. Assim, a água no topo
do acumulador é mantida a uma temperatura igual ou superior a 80 °C, sendo fornecido calor na parte
superior do acumulador, quando necessário, por uma caldeira a gás natural.
Como se observa na figura, este sistema não possui um tanque de AQS. O aquecimento das AQS é
conseguido circulando a água através do permutador de serpentina no interior do acumulador solar. A
permanência da parte superior do acumulador a 80 °C garante que as necessidades térmicas são
satisfeitas.
A água da piscina é aquecida através de um permutador externo ligado a um nível médio do
acumulador. Quando não existe calor disponível no acumulador, o calor necessário para o aquecimento
da piscina é fornecido por uma caldeira de gás natural e transferido também por um permutador
externo.
4.3 Componentes do sistema
4.3.1 Colectores solares
Para uma primeira aproximação da área de colectores necessária foi utilizada a fórmula apresentada
na secção 2.4.1.1. O valor do calor necessário utilizado foi de 238904 kWh, valor da necessidade
(anual) de energia térmica, obtido na simulação do modelo do sistema actual (com ajustes no consumo
de AQS). Estipulou-se para a irradiação no local o valor (anual) de 1600 kWh/m2 com base em
42
resultados obtidos na pré-análise de soluções. A fracção solar estipulada foi de 50%. Para fracções
solares superiores os sistemas solares térmicos são cada vez menos eficientes, atingindo-se
produtividades muito baixas por área de superfície colectora. Estipulou-se uma eficiência do sistema
de 40%, uma escolha optimista com base em valores típicos [3]. Utilizando os valores estipulados na
expressão (1) obteve-se então uma aproximação da área necessária de 186,64 m2.
4.3.1.1 Quantidade máxima de painéis no telhado
Alguma área do telhado encontra-se ocupada pela UTA, pelo que não pode ser utilizada. A área útil
está assinalada com cor amarela na Figura 28, assumindo que é possível instalar os colectores por
cima das duas condutas de ar que se encontram na área. Segundo a Figura 12 temos então uma área
útil de 23,4 m x 14,1 m.
Figura 28 - Área útil do telhado
Para calcular a quantidade de painéis que é possível instalar é necessário ter em conta uma distância
mínima entre as fileiras de colectores, como foi explicado na secção 2.4.1.3, que se calcula através das
expressões (6), (7) e (8).
Visto que se pretende alcançar temperaturas de 80°C dentro do acumulador, os colectores planos
selectivos parecem uma boa opção para sistema. Decidiu-se utilizar os colectores EM2V/2.0 Al-Cu da
Ensol, disponíveis no Polysun. São colectores planos com absorsor em serpentina. A placa absorsora
é uma chapa de alumínio coberta com o revestimento selectivo “eta plus”. O sistema de tubos de cobre
em serpentina são soldados à placa por soldadura a laser. A cobertura é em vidro solar prismático, com
4mm de espessura. As perdas de calor são minimizadas pelo isolamento lateral e da parte inferior do
43
painel com lã mineral de baixa condutividade. As principais características técnicas do painel
encontram-se na Tabela 33. Para informação mais detalhada consultar Anexo.
Tabela 33 – Características técnicas do painel EM2V/2.0 Al-Cu da Ensol
Superfície bruta, A [m2] 2
Largura, l [mm] 1006
Altura, b [mm] 1988
Superfície de abertura [m2] 1,87
Superfície absorsora [m2] 1,87
Eficiência óptica, ηo 0,849
Coeficiente de perdas de primeiro grau, a1 [W/ m2K] 3,778
Coeficiente de perdas de segundo grau, a2 [W/ m2K2] 0,016
Volume [l] 1,8
Caudal recomendado [l/h] 60 - 90
Caudal mínimo - máximo [l/h] 50 - 220
Visto que os colectores serão utilizados ao longo de todo o ano excepto em Agosto, a inclinação dos
colectores deverá ser próxima da latitude do local. Utilizou-se numa primeira aproximação uma
inclinação de 33° (aproximadamente a latitude do local -5°). Utilizando estes valores nas expressões
(6), (7) e (8) obteve-se então a distancia entre fileiras que se apresenta na Tabela 34.
Tabela 34 - Distancia mínima entre fileiras
𝑳 𝜹𝑺 𝜷 [°] 𝒃 [m] 𝜶 [°] 𝒅𝟏 [m] 𝒅 [m]
38,74 ° −23,45 ° 27,81 1,988 33 2,053 3,720
Os painéis devem ter uma orientação de 0°, ou seja, orientados para o Sul geográfico. No entanto é de
notar que o edifício está orientado a 35° do Sul para Este, pelo que as fileiras de painéis ficam
desenquadradas. Para além da distância entre fileiras, é preciso ter em conta o espaço necessário para
instalar os painéis numa mesma fila. Segundo as instruções de instalação, é necessário 1,2 m de
largura para o primeiro painel e mais 1,11 m por cada painel consecutivo. Assim, a melhor configuração
dos painéis é a que se encontra representada na Figura 30 onde cada rectângulo azul representa um
painel. Esta configuração permite a instalação de 64 painéis com um espaçamento de 2,22 metros
entre as fileiras. Assim não é possível instalar os 186,64 m2 que se estimou serem necessários para
uma fracção solar de 50%.
Na Figura 29, obtida com o Polysun, estão representados os sombreamentos totais no campo de
colectores, incluindo o sombreamento próprio dos painéis.
44
Figura 29 - Sombreamento total nos painéis e percurso do sol (31 de Dezembro)
Figura 30 - Configuração dos painéis no telhado
4.3.2 Circuito solar
4.3.2.1 Fluído de transferência térmica
Segundo o IPMA, a temperatura mínima histórica em Lisboa foi registada em 1956 com o valor de
−1,2 °𝐶. No entanto é possível que o painel atinja temperaturas inferiores à temperatura ambiente,
devido às perdas por radiação para céu. Assim considerou-se a utilização de uma mistura de água
propileno glicol com uma concentração de 25% em volume é adequada.
45
4.3.2.2 Caudal no circuito primário
Tendo em conta as recomendações apresentadas na secção 2.3.2, decidiu-se utilizar um caudal
volumétrico de 40 l/h∙m2. Embora sejam recomendados caudais mais elevados para sistemas de
aquecimento de piscina, considerou-se que um caudal relativamente baixo seria mais apropriado visto
que se pretende utilizar temperaturas de 80 ºC no topo do acumulador. Para os 64 painéis, cada um
com 1,87 m2 de superfície colectora, o caudal total no circuito solar será de 4787,2 l/h. Tendo em conta
o caudal recomendado para o painel escolhido (60 – 90l/h), decidiu-se configurar todos os painéis em
paralelo. Assim o caudal em cada painel será de 74,8 l/h.
4.3.2.3 Tubagens
Por forma a manter uma velocidade inferior a 0,7 m/s, com um caudal de 4787,2 l/h é então necessário
que a tubagem tenha um diâmetro interno superior a 4,92 cm. O material escolhido para a tubagem foi
o cobre. Consultando as dimensões de tubos de cobre no Polysun, decidiu-se utilizar tubagem de cobre
70x2, com um diâmetro interno de 6,6 cm, sendo então a velocidade do escoamento de 0,39 m/s.
Como recomendado, a tubagem deverá ser toda isolada com um revestimento de um material com
uma condutividade térmica inferior a 0,0035 W/m∙K. O revestimento deverá ter no mínimo 40 mm de
espessura e deverá ter protecção mecânica nas tubagens exteriores.
4.3.2.4 Circulador solar
Considerando que os painéis são instalados em paralelo, a perda de carga total do sistema será igual
à soma da perda de carga de um dos painéis com a perda de carga nas linhas de ligação ao painel
mais distante da origem. Nos dados técnicos do painel, fornecidos pela Ensol no site [8], encontra-se
um gráfico que mostra a perda de carga do fluxo através de um painel, em função do caudal. A partir
desse gráfico foi possível retirar o valor da perda de carga de aproximadamente 37 mbar para um
caudal de 74,8 l/h, como se mostra na Figura 31.
Figura 31 - Perda de carga no painel EM2V/2,0
46
Para o cálculo das perdas de carga em linha utilizou-se o software online WebCaps da Grundfos.[9]
O comprimento da tubagem até ao colector mais distante está identificado na Figura 32. Na Tabela 35,
Tabela 36 e
Tabela 37 estão apresentados os dados introduzidos na ferramenta pipe friction loss calculator da
WebCaps e os resultados obtidos (destacados com sombreamento azul).
Figura 32 - Ligação dos painéis em paralelo e comprimento dos segmentos de tubagem até ao painel mais distante
Tabela 35 - Cálculo de propriedades do fluído
Líquido bombeado Propileno glicol
Concentração 25%
Temperatura do líquido
durante o funcionamento 60 ºC
Viscosidade 0,89 mm2/s
Densidade 1002 kg/m3
Tabela 36 - Cálculo das perdas por fricção nos segmentos até ao painel mais afastado
Segmento 1
Caudal (m3/h)
Comprimento (m)
Material Tamanho Rugosidade
(mm) Velocidade
(m/s) Zeta
Perdas (m)
47
4,79 35 m Cobre CU 64x2 0,1(mínimo) 0,47 3,8 0,218
Segmento 2
Caudal (m3/h)
Comprimento (m)
Material Tamanho Rugosidade
(mm) Velocidade
(m/s) Zeta
Perdas (m)
2,39 2,8 Cobre CU 54x2 0,1 0,34 0,3 0,011
Segmento 3
Caudal (m3/h)
Comprimento (m)
Material Tamanho Rugosidade
(mm) Velocidade
(m/s) Zeta
Perdas (m)
1,35 22,8 Cobre CU 35x1,5 0,1 0,47 1,8 0,051
Tabela 37 - Cálculo do comprimento de tubagem equivalente das perdas localizadas (Zeta)
Obstáculo
Comprimento
de tubagem
equivalente (m)
Quantidade
Segmento 1 Segmento 2 Segmento 3
Válvula de
seccionamento 0,3 1 1 1
Curvas 90º 0,5 5 (máximo) 0 3
Valores zeta
adicionais 1,0
1 (válvula de
retenção) 0 0
Zeta (m) x 3,8 0,3 1,8
O resultado das perdas por fricção, apresentado em metros, representa a pressão equivalente à
pressão estática provocada por uma coluna de do fluído com essa altura, através da seguinte
expressão.
𝐻 =𝑝
𝜌 ∙ 𝑔 (9)
Onde 𝑝 é a pressão, 𝜌 é a densidade do fluido, e 𝑔 é a aceleração gravítica. Visto que é a unidade com
que o software trabalha, é a que será utilizada nesta secção.
Somando as perdas dos três segmentos obtemos então uma perda de carga nas ligações até ao painel
mais afastado de 0,28 m. Assumindo que as perdas na linha de retorno são iguais, obtemos uma perda
total nas ligações de 0,56 m.
É ainda fundamental ter em conta a perda de carga no permutador de calor, para o qual se assumiu o
valor de 200 mbar. Utilizando a expressão (5), com 𝑝 = 200 ∗ 102𝑃𝑎, 𝜌 = 1002 kg/m3 e 𝑔 = 9,81 𝑚/𝑠2
obtém-se então uma perda de 2,035 m. Na Tabela 38estão então resumidas as perdas de carga do
circuito solar. O valor da perda no painel foi também calculado em metros através da expressão (5).
Tabela 38 - Perdas de carga no circuito
Perdas (m)
Painel 0,376
Ligações 0,56
48
Permutador 2,035
Altura aproximada do ponto mais elevado do sistema
15
Total 17,97
Recorrendo à ferramenta de dimensionamento WebCaps da Grundfos, chegou-se ao equipamento de
referencia: Grundfos CR 5-8.
4.3.2.5 Permutador
Decidiu-se utilizar um permutador externo de placas. A potência do permutador foi calculada com base
na recomendação de 750 W/m2 de superfície colectora, o que equivale, para os 64 painéis, a uma
potência de 89,76 kW.
4.3.2.6 Vaso de expansão
O volume necessário do vaso de expansão é calculado automaticamente no Polysun. A interface de
cálculo e os resultados encontram-se na Figura 33.
Figura 33 - Cálculo do vaso de expansão
4.4 Parâmetros dos componentes no Polysun
4.4.1 Campo de colectores
Os parâmetros do campo de colectores encontram-se na Figura 34.
49
Figura 34 - Parâmetros do campo de colectores
4.4.2 Fluído de transferência térmica
A Figura 35 apresenta os parâmetros do fluído de transferência térmica do circuito solar.
Figura 35 - Parâmetros do fluído de transferência térmica
4.4.3 Tubagens
Figura 36 - Identificação dos tubos do sistema
50
Tabela 39 - Parâmetros dos tubos do sistema
Tubo Nome do tubo no
Polysun Diâmetro
externo (mm) Diâmetro
interno (mm) Comprimento
(m)
1 e 2 Tubo de cobre 70x2 70 66 35
3 e 4 Tubo em aço 2 ½’’ 76,1 70,3 2
5 e 6 Tubo em aço 2’’ 60,3 54,5 3
7 e 8 Tubo em aço 2’’ 60,3 54,5 35
9 e 10 Tubo em aço 2 ½’’ 76,1 70,3 3
11 Tubo em aço 3’’ 88,9 80,8 1
12 e 13 PVC 65 75,2 66,9 8
14 e 15 PVC 65 75,2 66,9 1
16 e 17 Tubo em aço 2 ½’’ 76,1 70,3 2
18 Tubo em aço 1 ¼’’ 42,4 32,2 48
19 e 20 Tubo em aço 1 ¼’’ 42,4 32,2 2
Todos os tubos têm revestimento de lã mineral existente no Polysun com 40 mm de espessura, com
excepção dos tubos de água fria 19 e 20 que não têm revestimento.
4.4.4 Bombas
As bombas de circulação para a UTA e a piscina são as mesmas do modelo do sistema actual. A bomba
de para aquecimento auxiliar do acumulador térmico é igual á bomba do circuito de AQS do modelo do
sistema actual. Os caudais também são os mesmos. Para mais detalhes veja a secção 3.4.1.2
Para o circuito solar, foi escolhida a bomba Grundfos CR 15-2, que é a bomba mais próxima à
dimensionada na secção 4.3.2.4 que foi encontrada no Polysun.
4.4.5 Permutadores
Os permutadores da piscina são iguais ao permutador da piscina do modelo do sistema actual. Para
mais detalhes veja a secção 3.4.1.3.
O permutador para o circuito solar foi escolhido com base na recomendação de 750W/m2 de superfície
colectora, que equivale a uma potência de 89,76kW. Decidiu-se então utilizar o permutador existente
no Polysun com o nome “100 kW/K”.
4.4.6 Caldeiras
As caldeiras utilizadas são as mesmas do modelo do sistema actual, apresentadas na secção 3.4.1.4.
4.4.7 Acumulador solar
O acumulador solar foi obtido através da edição do acumulador que o programa cria quando se utiliza
opção “redefinir acumulador”, opção que permite definir as conexões existentes. Na Tabela 40
encontram-se os parâmetros que foram alterados.
51
Tabela 40 - Parâmetros do acumulador do programa que foram alterados
Acumulador Volume
(l) Altura
(m)
Original 600 1,7
Utilizado 3000 3,2
4.4.8 UTA
A UTA utilizada é a mesma do modelo do sistema actual. Para mais detalhes veja a secção 3.4.1.6.
4.4.9 Edifício, piscina e consumo de AQS
Os parâmetros do edifício são os mesmo do edifício do modelo do sistema actual, apresentados na
secção 3.4.1.7.
Os parâmetros do consumo de AQS são os parâmetros ajustados na secção3.4.3, que podem ser
consultados na Figura 21.
A piscina tem agora uma capa de superfície. Foi considerado o valor de 0,2 no parâmetro de perdas
através da capa, tendo em conta que 0 seria uma capa perfeita sem perdas e 1 uma capa totalmente
inútil. Na Figura 37 podem ser consultados os parâmetros da piscina utilizados.
Figura 37 - Parâmetros da piscina com capa
4.5 Controladores
Na Figura 38 estão identificadas as caldeiras (1 e 2), as bombas (b1 a b7), os controladores (c1 a c9)
e as válvulas misturadoras (v1 e v2). As funções de cada controlador estão sucintamente descritas na
Tabela 41.
52
Figura 38 - Identificação dos controladores do sistema solar e dos componentes que accionam
Tabela 41 - Descrição das funções dos controladores do sistema solar
Controlador Descrição
C1 Acciona a bomba b1 quando a temperatura de saída do colector é maior que a
temperatura da água na camada 2 do acumulador.
C2
Acciona a bomba b2 e a caldeira 2 quando a temperatura da água na camada 10 do
acumulador é inferior à temperatura de avanço nominal da UTA (80°C). O
accionamento é interrompido quando a temperatura da água na camada 9 do
acumulador atinge os 81°C.
C3 Acciona a bomba b3 enquanto é detectado caudal no circuito da bomba b1.
C4
Acciona a bomba b4 quando a temperatura ambiente no edifício é menor que a
temperatura ambiente nominal (28°C). O accionamento é interrompido quando a
temperatura ambiente no edifício atinge os 29°C.
C5
Acciona a bomba b5 quando a temperatura da água da piscina é inferior a 29°C e a
temperatura da água na camada 6 do acumulador é superior à temperatura da água
da piscina.
C6
Acciona a bomba b5 quando a temperatura da água na camada 2 do acumulador é
superior a 50°C e a temperatura de saída do colector é superior a temperatura da
água na camada 2.
C7 Acciona a bomba b6 enquanto é detectado caudal no circuito da bomba b1 ou no
circuito da bomba b7.
53
C8
Acciona a bomba b7, a caldeira 2 e abre a via “x” da válvula de três vias v2 quando
a temperatura da água da piscina é inferior a 25°C. O accionamento é interrompido
quando a temperatura da água da piscina atinge os 26°C.
C9
Controla a posição da válvula de mistura v1 em função da temperatura da água à
saída da serpentina do acumulador, de forma a que a temperatura da água à saída
da válvula seja de 50°C.
4.6 Resultados
Na Tabela 42 compara-se o consumo de combustível medido em 2014 com o consumo de combustível
obtido na simulação do modelo no Polysun.
Tabela 42 - Comparação dos consumos de combustível obtidos na simulação do sistema solar com os do modelo do sistema actual e o real, medido em 2014
Consumo de combustível (kWh) Redução de consumo
Real (2014) Modelo Modelo com Solar kWh %
Janeiro 66027,76 60175 42282 17893 29,73
Fevereiro 58506,02 51095 32844 18251 35,72
Março 65461,74 53166 28215 24951 46,93
Abril 39687,62 39252 17820 21432 54,60
Maio 45392,21 40887 18149 22738 55,61
Junho 33251,52 31130 10542 20588 66,14
Julho 23704,32 22891 3774 19117 83,51
Agosto 7126,19 16078 509 15569 96,83
Setembro 32399,85 30171 9728 20443 67,76
Outubro 40204,24 36939 16181 20758 56,20
Novembro 51794,94 49633 32349 17284 34,82
Dezembro 60854,82 54701 40262 14439 26,40
Total ano 524411,23 486118 252655 233463 48,03
Sem Agosto 517285,04 470040 252146 217894 46,36
Como foi explicado na secção 3.4.3, considerou-se que para avaliar o modelo deve ser excluído o mês
de Agosto nas comparações com o sistema real, pelo que para avaliar o modelo com sistema solar
também se excluiu o mês de Agosto. Excluindo Agosto, obtém-se então uma redução do consumo
anual de gás de 46,36%.
54
5 Análise de sensibilidade
5.1 Orientação dos painéis
O facto de os painéis não ficarem enquadrados com o telhado, quando orientados para o sul geográfico,
torna a instalação mais complexa e normalmente permite instalar um número menor de painéis. Assim
decidiu-se experimentar dois campos de colectores com orientações diferentes do original, um
orientado para a parede sul (35º) do telhado e outro para a parede oeste (-55º). Na figura estão
ilustradas as duas orientações.
A distância entre as fileiras deverá ser superior à distancia mínima calculada para os painéis orientados
a sul (2,05m). Como a distancia entre painéis utilizada foi um pouco superior (2,22m) decidiu-se utilizar
essa mesma distancia entre fileiras para calcular o numero máximo de filas em cada orientação. Quanto
ao numero de painéis na mesma fila, recorde-se que é necessário 1,2 m de largura para o primeiro
painel e mais 1,11 m por cada painel consecutivo. O número máximo de painéis que é possível instalar
para cada orientação encontra-se na Tabela 43.
Tabela 43 - Numero máximo de painéis para as orientações de 35º e -55º
Orientação Filas Painéis por fila Total de painéis
35º 4 20 80
-55º 6 12 72
Os sombreamentos no campo de colectores, incluindo o efeito do sombreamento próprio, para a
orientação de 35º e -55º estão representados nas Figura 39 e Figura 40 respectivamente.
55
Figura 39 - Sombreamentos no campo de colectores orientado a 35º
Figura 40 - Sombreamentos no campo de colectores orientado a -55º
Na Tabela 44 comparam-se resultados obtidos nas simulações do sistema com as três orientações
diferentes.
Tabela 44 - Comparação de alguns resultados da simulação do sistema com campo de colectores orientado a 0º, 35º e -55º
Campo colector Original 35º -55º
Fracção solar (%) 37,5 40,7 36
Consumo de combustível anual
(kWh) 252656 247629 256802
Energia solar para o sistema
(kWh) 123634 138665 117919
Energia solar para o sistema por
área de superfície colectora
(kWh/m2)
1033 927 876
Analisando os resultados da Tabela 44 verifica-se que orientar os painéis a -55º não é uma boa opção
visto que, apesar do maior numero de painéis utilizado, o combustível consumido é superior ao
consumido quando os painéis são orientados para sul. Por outro lado, a orientação do campo de
56
colectores a 35º é uma boa opção. Apesar da orientação não ser a ideal, o maior numero de painéis
permite uma maior fracção solar e menor consumo de combustível. Aliado à maior simplicidade do
sistema, considera-se que esta orientação é mais apropriada, pelo que será adoptada para as análises
de sensibilidade que se seguem. Este será designado por sistema 2. Assim, para a criação do sistema
2, sistema base para as restantes análises de sensibilidade, foram feitas as alterações apresentadas
na secção 5.1.1 ao sistema original que será chamado de sistema 1.
5.1.1 Alterações efectuadas ao sistema para utilização do campo de colectores com
orientação de 35º
5.1.1.1 Campo de colectores
5.1.1.2 Caudal no circuito primário
Para 40 l/h∙m2 e 80 colectores teremos um caudal de 5984l/h. O caudal de 74,8 l/h em cada painel
mantem-se obviamente inalterado visto que os painéis continuam instalados em paralelo.
5.1.1.3 Tubagens
Para as tubagens de cobre 70x2, com diâmetro interno de 6,6 cm e um caudal de 5984l/h tem-se uma
velocidade de escoamento de 0,49 m/s, pelo que não será necessário alterar o diâmetro das tubagens.
5.1.1.4 Permutador
Com base na recomendação de 750W/m2 é recomendável um permutador de 112.2kW. Decidiu-se
então alterar o permutador do circuito solar para o permutador existente no Polysun com o nome “150
kW/K”.
5.1.1.5 Bomba
A bomba apropriada é diferente da obtida na secção, mas a bomba existente no Polysun que mais se
aproxima continua a ser a mesma.
57
5.1.1.6 Vaso de expansão
5.1.2 Resultados do sistema com campo de colectores com orientação de 35º
Tabela 45 - Resultados do sistema 2
Consumo de combustível (kWh) Redução de consumo
Sistema 2 Sistema 1
Real (2014) Modelo Sistema 2 kWh % %
Janeiro 66027,76 60175 41493 18682 31,05 29,73
Fevereiro 58506,02 51095 33001 18094 35,41 35,72
Março 65461,74 53166 29450 23716 44,61 46,93
Abril 39687,62 39252 17973 21279 54,21 54,60
Maio 45392,21 40887 17063 23824 58,27 55,61
Junho 33251,52 31130 9375 21755 69,88 66,14
Julho 23704,32 22891 3455 19436 84,91 83,51
Agosto 7126,19 16078 503 15575 96,87 96,83
Setembro 32399,85 30171 10240 19931 66,06 67,76
Outubro 40204,24 36939 16813 20126 54,48 56,20
Novembro 51794,94 49633 31702 17931 36,13 34,82
Dezembro 60854,82 54701 36683 18018 32,94 26,40
Total ano 524411,23 486118 247751 238367 49,03 48,03
Sem Agosto 517285,04 470040 247248 222792 47,40 46,36
Na coluna mais à direita da Tabela 45 apresenta-se novamente a redução percentual no consumo de
combustível para o sistema solar original, para uma fácil comparação. Verifica-se um aumento de 1%
na redução do consumo de combustível com o novo sistema solar.
58
5.2 Inclinação dos painéis
Foram feitas simulações para vários ângulos de inclinação dos painéis e foram obtidos os consumos
anuais de combustível apresentados na Tabela 46.
Tabela 46 - Consumo de combustível anual para vários ângulos de inclinação
Ângulo de inclinação (º) Consumo de combustível
anual (kWh)
23 248870
28 247436
30 247448
33 247573
35 247167
38 247775
40 247669
42 247555
53 249458
A Figura 41 apresenta os mesmos dados num gráfico de barras, para que se possam visualizar as
variações do combustível consumido para os ângulos testados.
Figura 41 - Consumo de combustível anual do sistema para diferentes ângulos de inclinação
Como se observa, existe um ponto óptimo próximo dos 35 º de inclinação. À medida que o angulo de
inclinação se afasta do ponto óptimo, em qualquer sentido, o consumo de combustível aumenta
acentuadamente até que, a cerca de 2º do ponto óptimo, o consumo volta a descer suavemente. Isto
poderá ser explicado pelo facto de o angulo tornar o colector mais eficiente durante o Verão ou Inverno,
consoante se esteja a diminuir ou a aumentar o ângulo. A uma certa proximidade dos ângulos
recomendados para utilizações exclusivas ao Verão ou Inverno, o consumo de combustível volta a
246000
246500
247000
247500
248000
248500
249000
249500
250000
23 28 30 33 35 38 40 42 53
Consum
o a
nual de c
om
bustivel (k
Wh)
Angulo de inclinação (°)
59
subir. Existe um grande intervalo de ângulos não simulados nos extremos do gráfico, pelo que não é
visível o ponto a partir do qual o consumo volta a aumentar, sabe-se apenas que até a cerca de 7º de
distância do ponto óptimo, o consumo diminui.
Importa referir que nestas simulações não se teve em conta as alterações que possam existir no
sombreamento próprio quando se modifica o angulo de inclinação dos painéis.
5.3 Quantidade de painéis em série
Na colocação de painéis em série deve-se ter em atenção o caudal que percorre cada painel e verificar
que não fica fora dos limites permitidos pelo painel. O caudal recomendado e o os limites permitidos
pelo painel estão novamente apresentados na Tabela 47 que se segue.
Tabela 47 - Caudal mínimo, máximo e recomendado para o colector EM2V/2.0 Al-Cu
Caudal recomendado [l/h] 60 - 90
Caudal mínimo - máximo [l/h] 50 - 220
Decidiu-se efectuar simulações para ligações de colectores em baterias de 2 e de 4 painéis em série.
Para cada caso foram feitas simulações com dois caudais diferentes. Os caudais escolhidos
encontram-se na Tabela 48.
Tabela 48 - Verificação e escolha de caudais
Numero de
painéis em série
Caudal
No campo de
colectores (l/h∙m2) No colector (l/h)
2 40 149,6
24,06 90
4
40 299,2 (ultrapassa o valor máximo)
25 187
12,03 90
Os resultados das simulações estão resumidos na Tabela 49.
Tabela 49 - Resultados das simulações efectuadas para montagens de 2 e de 4 painéis em série
Número de
painéis em série
Caudal
(l/h∙m2)
Energia total
consumida (kWh) Fracção solar (%)
Energia solar térmica
para o sistema (kWh)
1 (sistema base) 40 123634 40,5 137658
2 40 253483 40,6 138187
24 252560 41,2 141305
4 25 252504 41,2 141505
12 280326 27,6 85282
60
Analisando os resultados conclui-se que a ligação dos painéis em baterias de dois painéis em série é
uma boa opção, especialmente quando se reduz o caudal especifico do circuito de forma a que o caudal
em cada painel esteja no limite superior do caudal recomendado (90 l/h). A ligação dos painéis em
baterias de quatro painéis em série também apresenta resultados semelhantes para um caudal
especifico de 25 l/h∙m2, mas não parece ser uma opção tão boa, pois as perdas de carga no circuito
serão mais elevadas.
5.4 Volume do acumulador
Foram efectuadas simulações para diferentes volumes de acumuladores. Como se observa no gráfico,
o consumo de combustível diminui com o aumento do volume de acumulação. Nota-se, no entanto, que
os benefícios do aumento do volume do acumulador começam a ser menores a partir dos 7000 litros
de volume e poderão mesmo deixar de existir para volumes superiores aos testados.
Figura 42 - Variação do consumo de combustível com o aumento do volume do acumulador
5.5 Simulação de um sistema com as variações mais benéficas
Visto que foram verificadas melhorias no desempenho do sistema com algumas das variações testadas,
decidiu-se fazer uma simulação que combine variações em que se obtiveram melhores resultados. Este
novo sistema será denominado de sistema 3. As variações efectuadas ao sistema base estão
apresentadas na Tabela 50. A Tabela 51 apresenta os resultados obtidos na simulação.
232000
234000
236000
238000
240000
242000
244000
246000
248000
250000
252000
2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000
Consum
o d
e c
om
bustivel anual [k
Wh]
Volume do acumulador [litros]
61
Tabela 50 - Combinação de variações escolhida
Angulo de inclinação
dos painéis (º)
Numero de
painéis em série
Caudal especifico
(l/h∙m2)
Volume do acumulador
(litros)
35 2 24 7000
Tabela 51 - Resultados do sistema 3
Consumo de combustível (kWh) Redução de consumo
Sistema 3 Sistema 1
Real (2014) Modelo Sistema 3 kWh % %
Janeiro 66027,76 60175 40161 20014 33,26 29,73
Fevereiro 58506,02 51095 32635 18460 36,13 35,72
Março 65461,74 53166 28070 25096 47,20 46,93
Abril 39687,62 39252 15704 23548 59,99 54,60
Maio 45392,21 40887 15943 24944 61,01 55,61
Junho 33251,52 31130 8756 22374 71,87 66,14
Julho 23704,32 22891 3367 19524 85,29 83,51
Agosto 7126,19 16078 604 15474 96,24 96,83
Setembro 32399,85 30171 9166 21005 69,62 67,76
Outubro 40204,24 36939 15499 21440 58,04 56,20
Novembro 51794,94 49633 31600 18033 36,33 34,82
Dezembro 60854,82 54701 35383 19318 35,32 26,40
Total ano 524411,23 486118 236888 249230 51,27 48,03
Sem Agosto 517285,04 470040 236284 233756 49,73 46,36
Como se pode ver é o sistema que apresenta uma maior redução de consumo de combustível. O
sistema 3 poderá ser então uma boa solução para a instalação de um sistema solar de apoio às
necessidades térmicas da piscina. Note-se, no entanto, que não foi tido em conta a alteração no efeito
de auto sombreamento dos painéis, devido à alteração do angulo de inclinação, nem se verificou se
seria possível a instalação de um acumulador de 7000l no espaço disponível na sala das caldeiras.
62
6 Análise financeira
6.1 Redução na despesa anual em gás natural
Para o cálculo da despesa anual de gás natural evitada assumiu-se, com base nos preços de referencia
disponibilizados pela ERSE [10], um custo de gás natural de 0,05 €/kWh. Os valores utilizados de
consumo de combustível anual apresentados não incluem Agosto, pelas razões explicadas na secção
3.4.3.
Tabela 52 - Redução dos custos em gás natural prevista cada sistema
Consumo anual do
sistema real (kWh): 517285,04
Preço do gás natural
+ IVA (€/kWh): 0,0615
Sistema 1 Sistema 2 Sistema 3
redução no consumo
do modelo (%) 46,36% 47,40% 49,73%
Redução esperada
no sistema real
(kWh)
239813,34 245193,11 257245,85
Despesa evitada
anual (€) 14748,52 15079,38 15820,62
6.2 Aumento na despesa anual de energia eléctrica
A energia consumida pela bomba do circuito solar é a principal responsável pelo aumento do consumo
de electricidade associado aos sistemas solares térmicos de circulação forçada. Para o cálculo da
despesa anual de energia eléctrica evitada assumiu-se, novamente com base nos preços de referência
disponibilizados pela ERSE, um custo de electricidade de 0,13 €/kWh. Não foram fornecidas medições
do consumo de energia eléctrica do sistema de aquecimento real, pelo que foi utilizado o valor do
consumo anual de electricidade do modelo do sistema actual.
Tabela 53 - Aumento da despesa de energia eléctrica prevista para cada sistema
Consumo anual de
energia eléctrica do
modelo (kWh):
1274
Preço da energia
eléctrica + IVA
(€/kWh):
0,1599
Sistema 1 Sistema 2 Sistema 3
Consumo anual de
energia eléctrica
(kWh)
4959 5763 5282
Aumento do consumo
anual de energia
eléctrica (kWh)
3685 4489 4008
Despesa extra (€) 589,23 717,79 640,88
63
6.3 Investimento inicial máximo recomendado
Sem um orçamento detalhado do custo de instalação do sistema dimensionado, decidiu-se calcular o
valor máximo que deve ser investido no sistema, de forma a que não se obtenha prejuízo no tempo de
vida útil do projecto, ou seja VAL = 0.
𝑉𝐴𝐿 = ∑
(𝐶𝐹𝑖)
(1 + 𝑡)𝑖
𝑛
𝑖=1
(10)
Onde 𝐶𝐹𝑖 é o cash flow do ano 𝑖, 𝑛 é o período de vida útil do projecto e 𝑡 é a taxa de atualização.
Um sistema solar, com boa manutenção, pode durar 15 ou mais anos [3]. Será esse o período de vida
útil do projecto utilizado no cálculo. Foi ainda estipulada uma despesa de 2000 €/ano para custos
operacionais e de manutenção e também uma taxa de actualização de 5%.
O cálculo foi efectuado com recurso à ferramenta de análise “solver” do Excel. Segue-se a
exemplificação do cálculo para o sistema 1.
Foi criada uma folha de cálculo do VAL ao fim de 15 anos na qual se criou uma tabela de cash flows
como a da Tabela 54.
Tabela 54 - Tabela de cálculo de cash flow
Ano 1 2 3 4 …. 15
Investimento inicial
(€)
- # (Valor
procurado) 0 0 0 0 0
Despesa em
electricidade extra
(€)
-589,23 -589,23 -589,23 -589,23 -589,23 -589,23
Despesa em
manutenção (€) -2000 -2000 -2000 -2000 -2000 -2000
Despesa em gás
natural evitadas (€) 14748,52 14748,52 14748,52 14748,52 14748,52 14748,52
Cash Flow (€) 12159,29 - # 12159,29 12159,29 12159,29 12159,29 12159,29
Função VAL no Excel utiliza como entradas o valor da taxa de actualização (0,08) e os valores do cash
flow da ultima linha da tabela, ordenados do ano 1 ao ano 15. Utiliza-se em seguida a ferramenta solver
em que se escolhe a célula do VAL como objectivo de valor=0 e a célula do investimento inicial como
valor a alterar nas iterações efectuadas. A ferramenta altera o valor da célula do investimento inicial até
obter o valor de 0 na célula do VAL. Fazendo este procedimento para os três sistemas obteve-se então
os valores máximos de investimento inicial de cada sistema e as respectivas poupanças anuais (cash
flow). Os valores de investimento máximo apresentam-se na Tabela 55 juntamente com os valores das
poupanças anuais que cada sistema possibilita.
64
Tabela 55 - Valor máximo de investimento recomendado e poupanças por ano para cada sistema
Sistema 1 Sistema 2 Sistema 3
Investimento máximo
recomendado (€) 132519,72 134724,48 143641,26
Poupanças anuais (€) 12159,29 12361,59 13179,74
Poupanças/painel (€) 189,99 154,52 164,75
Verifica-se que o sistema 3 permite a maior poupança anual e, portanto, um maior investimento inicial,
de 143,6 milhares de euros o que corresponde a cerca de 1795 €/painel. Por outro lado, o sistema 1
permite um investimento máximo mais baixo, mas que corresponde a um investimento máximo por
painel mais elevado, cerca de 2127 €/painel. O sistema 1 permite maiores poupanças por painel, pelo
que poderá ser uma boa opção se o custo inicial do sistema 3 ultrapassar o plafom desejado. Se se
verificar que o sistema 3 não é viável devido á impossibilidade de instalar um acumulador de 7000l ou
devido aos efeitos de auto sombreamento que não se teve em conta, o sistema 2 poderá, também, ser
uma boa opção.
65
7 Conclusões e trabalhos futuros
Devido ao encerramento da piscina, não foi possível efectuar nenhum tipo de medições de consumos
nas instalações. Assim sendo os sistemas solares desenvolvidos neste trabalho foram dimensionados
tendo por base alguns dados anteriormente recolhidos que foram fornecidos e os resultados da
simulação de um modelo das instalações criado no Polysun.
Desenvolveu-se um perfil de utilização da piscina baseado num registo de utilização encontrado num
breve estudo efectuado em 2014. O registo é referente a uma semana de período de aulas, não sendo
referido de que mês ou ano. A partir desse perfil de utilização estimou-se o perfil de consumo de AQS
associado. Introduzindo o perfil de consumo no modelo criado foi possível simular o funcionamento da
piscina e obter a necessidade energética das instalações. A única forma de validação do modelo foi
através das medições de consumo de gás natural efectuadas ao longo do ano 2014. Comparando os
consumos de gás medidos em 2014 com os consumos de gás do modelo, considerou-se que o modelo
representa suficientemente bem as instalações reais, com um erro de cerca de 10%, sendo a diferença
por defeito. O dimensionamento do sistema solar térmico foi, a partir deste ponto, feito com base nos
resultados obtidos no modelo.
Pretendeu-se criar um sistema no qual existissem contribuições solar térmicas para as três procuras
de calor: AQS, piscina e UTA. Chegou-se á configuração final após a comparação dos resultados de
várias simulações, de sistemas introduzidos no modelo criado. Após a escolha da configuração iniciou-
se o dimensionamento mais pormenorizado e a selecção de equipamentos tipicamente seguindo as
recomendações presentes na bibliografia da área. Após a selecção de equipamentos procedeu-se à
integração dos mesmos no sistema criado no Polysun, através da introdução dos parâmetros
necessários. Os resultados obtidos por simulação mostram que é possível atingir-se fracções solares
elevadas, apesar da área limitada do telhado, que se traduzem em reduções no consumo de
combustível superiores a 40% em relação ao modelo do sistema actual. Estes resultados permitem
concluir que a instalação de um sistema solar térmico no local é um projecto tecnicamente viável. O
facto de o erro de 10% do modelo ser por defeito (e não por excesso) é positivo porque, se o modelo
representasse melhor a realidade, a necessidade de energia seria maior, pelo que a fracção solar seria
menor, o que normalmente permite um melhor desempenho dos colectores de todo o sistema e,
portanto, uma maior redução no consumo de combustível.
A análise de sensibilidade efectuada mostrou que existe espaço a melhoria do sistema, tendo mesmo
sido decidido utilizar uma nova orientação dos painéis que se revelou benéfica. As análises
dimensionais seguintes mostram o impacto que a variação dos parâmetros escolhidos tem no
desempenho do sistema. Permitiram também identificar mais algumas melhorias no sistema
desenvolvido.
A análise financeira que foi feita não permite garantir a viabilidade financeira do projecto. No entanto
permite avaliar se um orçamento da instalação do sistema solar desenvolvido representa um
investimento lucrativo ou se são esperados prejuízos.
66
Em suma, este trabalho permite que seja feita uma decisão mais informada em relação ao investimento
de um solar térmico para as instalações estudadas.
Como trabalhos futuros deixam-se as seguintes propostas:
-Fazer um estudo detalhado dos equipamentos necessários e selecção de todos os
constituintes do sistema para fazer um orçamento pormenorizado do sistema.
-Estudar o impacto da inclusão dos balneários do piso superior do pavilhão da AEIST no
sistema solar.
-Verificar se o telhado suporta o peso do campo de colectores.
-Estudar a inclusão de uma bomba de calor no sistema solar, para reduzir ainda o consumo de
combustível, ou até como solução alternativa ao sistema solar.
- Fazer um estudo de eficiência energética ao pavilhão da piscina e propor melhorias.
67
8 Referências bibliográficas
[1] L. Roriz, J. Rosendo, F. Lourenço, and K. Calhau, Energia Solar Em Edifícios (1ª ed.). Edições Orion.
[2] S. A. Kalogirou. Solar thermal collectors and applications. Progress in Energy and Combustion Science 2004;30:231-295.
[3] GREENPRO, Energia SolarTérmica manual sobre tecnologias,projecto e instalação. 2004.
[4] A. Ferna, Parabolic-trough solar collectors and their applications, Renewable and Sustainable Energy Reviews 2010; 14:1695–1721.
[5] L. Roriz, Soluções aquosas. Diapositivos dispiniveis em, http://web.ist.utl.pt/luis.roriz/MyPage/Sol_aquosas.pdf. acedido a 6 de Fevereiro de 2017.
[6] INETI, Instalações solares térmicas. 2007.
[7] Google maps. Site da Google, //www.google.pt/maps, acedido a 20 Fevereiro de 2017
[8] Ensol. Site da Ensol, http://ensol.pl/en/solar-collectors/flat-collectors/aluminum-copper-absorber/em2v20-al-cu/, acedido a 5 de Abril de 2017
[9] Grundfos, Webcaps. Aplicação no site da Grundfos, http://net.grundfos.com/doc/webnet/waterutility/BGP/webcaps.html, acedido a 25 de Abril de 2017
[10] ERSE, Preços de referencia. Site da Entidade Reguladora dos Serviços Energeticos, http://www.erse.pt/pt/Simuladores/Documents/Pre%C3%A7osRef_BTN.pdf, acedido a 12 de Maio de 2017
68
Anexos
Medições do consumo de gás natural fornecidas:
Data da leitura
Entrada para a casa das caldeiras
27/12/2013 03/01/2014 1254 10/01/2014 1333 17/01/2014 1349 24/01/2014 1569 31/01/2014 1483 07/02/2014 1382 14/02/2014 1391.667 21/02/2014 1391.667 28/02/2014 1391.667 07/03/2014 1329 14/03/2014 1174 21/03/2014 1165 28/03/2014 1215 31/03/2014 1334.667 11/04/2014 1215.455 18/04/2014 941 25/04/2014 941 02/05/2014 941 09/05/2014 901 16/05/2014 969 23/05/2014 911 30/05/2014 1117 06/06/2014 1012 13/06/2014 854 20/06/2014 450 27/06/2014 692 04/07/2014 688 11/07/2014 602 18/07/2014 519 25/07/2014 343 31/07/2014 394.3333 07/08/2014 28 14/08/2014 28 22/08/2014 28 29/08/2014 420 05/09/2014 605 12/09/2014 605 19/09/2014 476 26/09/2014 754 30/09/2014 810.25
69
03/10/2014 676.6667 10/10/2014 825.5 17/10/2014 825.5 24/10/2014 714 31/10/2014 777 07/11/2014 1112 14/11/2014 1112 21/11/2014 946 28/11/2014 1313 05/12/2014 1528 12/12/2014 1262.333 19/12/2014 1262.333
70
71
72
73
74
75
