Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10348/6468
Title: Estudo comparativo de soluções tecnológicas para aquecimento solar térmico
Authors: Costa, Daniela José Dias Mourão Ferreira da
Advisor: Cunha, José Boaventura Ribeiro da
Soares, Armando da Assunção
Keywords: Radiação solar
Energia térmica
Consumo
Análise económica
Análise energética
Issue Date: 23-Sep-2016
Abstract: A procura e o consumo de energia têm aumentado ao longo do tempo por forma a responder às necessidades da população em geral. Isto tem levado à utilização de combustíveis fósseis em grande escala. O impacto ambiental deste tipo de combustíveis é elevado, o que levou à criação de medidas que visam a redução do seu consumo e o aumento da produção de energia através de recursos renováveis. Assim, a energia solar aparece como uma das soluções para a produção de energia limpa, na qual a libertação de gases de efeito de estufa é reduzida. A importância da obtenção de energia através da radiação solar tem vindo a incrementar o aumento do desempenho dos painéis solares de modo a maximizar o aproveitamento desta fonte de energia. Por conseguinte, este trabalho visa dotar os fabricantes e consumidores de um programa de simulação dinâmico com o intuito de simular e otimizar a eficiência dos sistemas de aproveitamento de radiação solar para o aquecimento de água quente sanitária. Além deste objetivo, o programa permite comparar duas soluções técnicas distintas (painel solar da Vulcano, modelo FKT, e painel solar da Baxiroca, modelo Sol 200), com dois tipos de consumo de água quente, nos quais se extrai água quente do depósito acumulador durante um determinado período de tempo: consumo A - 40 minutos às 7 horas e 30 minutos às 22 horas; e consumo B - 10 minutos às 8 horas, 10 minutos às 13 horas e 50 minutos às 19 horas. Considera-se ainda em ambos os consumos uma situação de operação na estação de Inverno, mês de Janeiro, e na situação de Verão, caraterizada pelo mês de Julho. Os dados climáticos usados são relativos à radiação solar e à temperatura do ar exterior medidos para Vila Real. Após estes resultados, aplicam-se os mesmos constituintes do sistema solar térmico para as mesmas condições de utilização no software SolTerm, de maneira a compará-lo com o programa de simulação dinâmica desenvolvido. Os resultados mostram que o painel da Vulcano tem melhor aproveitamento da radiação solar do que o painel da Baxiroca, sendo a temperatura média da água contida no depósito acumulador mais elevada para o primeiro painel. O retorno do investimento inicial é adquirido ao 10º ano quando usado o painel da Vulcano e 12º ano para o da Baxiroca, o que evidencia o menor uso do sistema de apoio para o primeiro painel. O SolTerm apresenta valores que correspondem a uma análise estática do desempenho do sistema solar térmico, que difere em termos de ganhos e consumos energéticos dos valores calculados com o software desenvolvido, embora o período de retorno económico seja da mesma ordem de grandeza. Convém realçar que a ferramenta desenvolvida permite determinar o comportamento dinâmico das variáveis mais relevantes e, tanto quanto é do conhecimento da autora, não existem ferramentas deste tipo disponíveis no mercado. Este é de fato um contributo relevante deste trabalho pois permite ao utilizador simular diversos sistemas solares térmicos e concluir sobre os mais adequados aos seus perfis de consumo.
The energy consumption growth, namely of the fossil fuels, has been considerable during the past decades driven by the economic and population growths. Since the environmental impact of this type of fuel is high, it is urgent the adoption of policies to reduce the fossil fuel consumption and increasing the energy production through renewable resources. In this way, solar energy appears as one of the solutions for a clean energy production, in which the release of greenhouse gases is reduced. The importance of obtaining thermal energy through solar radiation had promoted the recent improvements in the solar panels technologies. This paper aims to provide manufacturers and consumers with a dynamic simulation tool suitable to model and optimize solar radiation thermal systems for heating water. In addition to this goal, the program allows the comparison between two different technical solutions (thermal solar panel Vulcano model FKT, and thermal solar panel Baxiroca, model Sol 200). The tests were performed specifying two types of hot water consumption, i.e. two types of demands from the hot water storage tank during a given period of time: Consumption A: duration of 40 minutes at 7 AM and duration of 30 minutes at 10 PM; and Consumption B - 10 minutes at 8 AM, 10 minutes at 1 PM and 50 minutes at 7 PM. It was also considered the operation of these systems in the winter and summer seasons, January and July, respectively. The weather data used in the simulation program is the solar radiation and the outside air temperature measured in Vila Real. The achieved results were also compared with the ones obtained with the SolTerm software package, in order to conclude about the adequacy of the proposed methods. The results showed that the Vulcano thermal system uses the solar radiation more efficiently when compared to the Baxiroca panel. Also, the average temperature of the water contained in the storage tank is higher in the Vulcano system. The economic return of the investment was estimated to occur in the 10th and 12th year for Vulcano and the Baxiroca systems, respectively. The SolTerm provided results that differ in terms of solar gains and energy computed, being the economic payback period estimated of the same order of magnitude. Although, it must be referred that the software tool developed provides the dynamic behaviour of the relevant variables and, as far as the author is aware, there are not other tools with this feature. This is indeed an important contribution of this work since it allows the user to test several commercial solar thermal systems in order to support his choice for a solution suitable to his consumption demand.
Description: Dissertação de Mestrado em Engenharia de Energias
URI: http://hdl.handle.net/10348/6468
Document Type: Master Thesis
Appears in Collections:TD - Dissertações de Mestrado

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