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Utilização de Energia Solar para o Aquecimento
de Água em Habitações com Área Construída
entre 36 e 42 Metros Quadrados
R. E. Ascurra, Eng. Eletricista, UFMT, e L. F. M. D. Ramos, Arquiteta, SECID-MT
Resumo -- Estudar e propor melhorias da eficiência energética
dos conjuntos habitacionais populares perante a avaliação da
utilização da energia solar no aquecimento de água, através de
painéis térmicos solares. Neste artigo será proposto
implementações no projeto de uma unidade habitacional popular
na faixa de 36m² a 42m², voltada para área de habitação de
interesse social. O projeto construtivo baseado neste artigo é
fornecido pelo governo federal através do site da Caixa
Econômica Federal. É um material sugerido para proposta de
habitação popular com o objetivo de integrar questões sócioambientais às práticas de gestão, oferecer à população uma
alternativa de moradia com uma preocupação ambiental e
condições dignas de habitabilidade. De forma a mostrar a
sociedade conceitos como emprego da energia solar, eficiência
energética e sustentabilidade, para que atenda as suas
necessidades, sem afetar as necessidades das gerações futuras. A
abordagem da metodologia foi realizada através da identificação
das similaridades de projetos em casas populares com área entre
36m² e 42m², por conseguinte foi realizado o levantamento das
potencialidades e implementações com energia solar. Traçados os
objetivos do artigo foram feitas as revisões e pesquisas na
literatura acerca dos assuntos abordados através de artigos
científicos. Em seguida foi feito o apontamento e previsão do
projeto do sistema de aquecimento de água para HIS, com
dimensionamento e proposta.
Palavras-chave: aquecimento solar de água, eficiência energética,
energia alternativa, energia solar, energia solar térmica,
qualidade de vida, habitação social, habitação sustentável.
I. INTRODUÇÃO
U
MA questão importante para o consumo energético do
país é a redução do consumo de energia elétrica em
residências, justificado pela sua participação no consumo
nacional atual e futuro e associado à redução do déficit
habitacional brasileiro. Com crescimento de aproximadamente
30% na segunda metade da década de 1990, as residências
mostram ser uma parcela considerável de acordo com o
gráfico da Figura 1. Desse modo, a utilização de sistemas de
aproveitamento renovável de energia são necessários para a
R. E. Ascurra, Mestrando em Engenharia de Edificações e Ambiental,
Engenheiro Eletricista, Especialista em Engenharia de Segurança do
Trabalho, Rua Estocolmo, n. 300, CEP 78048-095, E-mail:
[email protected]
L. Ramos, Mestranda em Engenharia de Edificações e Ambiental,
Arquiteta e Urbanista, Rua Professora Tereza Lobo, n. 156, CEP 78048-670,
Cuiabá-MT, E-mail: [email protected]
adoção da criação de medidas de contenção do consumo para a
crescente demanda energética. A Lei 10.285 de 2001 (Lei de
Eficiência Energética) vem de encontro a estas soluções
sustentáveis, o que a torna um marco importante no país, pois
estabelece na política nacional, a conservação e uso racional
de energia com vistas a incentivar a eficiência energética no
país.
Figura 1 – Gráfico de consumo de energia em todos os setores.
Fonte: BEN (BALANÇO ENERGÉTICO NACIONAL, 2007).
Pois bem, o objetivo deste trabalho é compreender
primeiramente as necessidades de uma unidade habitacional
popular com relação ao consumo de energia elétrica para o
aquecimento de água, portanto buscou-se analisar projetos e
propostas existentes implantados por meio da Caixa
Econômica Federal (CEF), através de programas como “minha
casa minha vida”. Foram analisados diversos projetos,
inclusive os que a CEF fornece gratuitamente em seu site,
pertinentes a diferenciadas regiões do país, alguns destes
inclusive abordando eficiência energética e itens acerca de
cada particularidade existente de acordo com a sua localização
no Brasil. Depois de feito o estudo destes projetos, teve-se
inicialmente o interesse da identificação do total da área
construída em uma habitação popular, concluindo-se que esta
área gira em torno de 40 m², e geralmente o terreno apresenta
dimensões na ordem de 200m² (10x20 m). Outro fator que se
nota dos projetos é a similaridade da arquitetura e da
concepção de sua planta geral, prevendo recintos basicamente
iguais em todos os projetos que apresentam este tipo estudado,
veja o exemplo utilizado como base deste trabalho na Figura 2.
Sendo comumente 2 dormitórios, 1 cozinha, 1 sala de estar, 1
banheiro, e área de serviço externa. Desta forma com este
padrão identificado, facilmente a proposta de projeto sugerida
irá atender de forma genérica, outras construções similares.
Podendo servir até mesmo de projeto básico para futuras
implementações, para o atendimento e disponibilização à
2
sociedade e as construtoras interessadas. O objetivo específico
deste artigo é o levantamento dos conceitos sobre a utilização
da energia solar de forma prática, levando em consideração o
padrão arquitetônico envolvido e prever e realizar o
levantamento da necessidade energética para o aquecimento de
água utilizada no banho. Desta forma, diminuir o consumo de
energia elétrica e aliviar a carga em horários de ponta.
construção e que ainda encontra-se em fase de divulgação
comercial. Além dessas especificações a cartilha do programa
estabelece também o “Aquecimento solar/térmico: instalação
de kit completo” como uma das características padrão, o qual
não está previsto em nenhum dos empreendimentos citados.
Em geral essas edificações possuem cobertura com telhado
aparente dividido em dois caimentos, o que não contribui para
a posterior ampliação da residência, porém é plenamente
possível a instalação de sistemas se captação de energia solar.
Figura 2 – Exemplo de planta baixa de uma casa popular de 42m² com a
identificação dos seus recintos. Fonte: www.caixa.gov.br
A abordagem da metodologia foi realizada através da
identificação das similaridades de projetos em casas populares
com área entre 36m² e 42m², por conseguinte foi realizado o
levantamento das potencialidades e implementações com
energia solar. Traçados os objetivos do artigo foram feitas as
revisões e pesquisas na literatura acerca dos assuntos
abordados através de artigos científicos. Em seguida foi feito o
apontamento e previsão do projeto do sistema de aquecimento
de água para HIS, com dimensionamento e proposta.
II. PERFIL ARQUITETÔNICO E FAMILIAR
O homem procura por um lugar para se abrigar desde os
primórdios da vida humana. Nesta busca ele visa sempre
melhorar o espaço e atualmente seu objetivo básico é habitar é
um lar aconchegante, calmo e seguro. Com isso, torna-se a
cada dia, crescente o número de construções habitacionais.
Lançado em 2009 com o objetivo de construir um milhão de
casas na primeira fase, o Programa Habitacional MINHA
CASA MINHA VIDA (PMCMV) lançado pelo governo
federal não só ultrapassou essa marca como lança neste ano a
segunda etapa do programa com previsão de 2 milhões de
moradias até o ano de 2014. O programa consiste na
construção de conjuntos habitacionais populares para várias
faixas de renda. Ele estabelece uma tipologia mínima para
residências unifamiliares a qual é constituída pela área
construída total mínima de 35m², contemplando sala, banheiro,
cozinha, dois dormitórios e tanque na área externa. (Caixa
Econômica Federal, 2010). Conhecido tais fatos, é possível
delinear qual o perfil arquitetônico utilizado para a edificação
de uma residência unifamiliar com tal tipologia. Sabe-se,
portanto, que os ambientes poderão variar suas dimensões e
atingir uma área em média de até 42m².
Nas figuras de 3 a 6, são apresentadas algumas plantas de
habitações comercializadas em Cuiabá-MT. Estas informações
foram levantadas com base em conjuntos habitacionais que
foram construídos e já foram entregues, que estão em
Figura 3 – Exemplo Residência de 41m² construída em Cuiabá-MT pelo
PMCMV no Bairro 1º de Março. Residencial Ilza T. Picoli Pagot. Fonte:
arquivo pessoal – Lotufoengenharia.com.br
Figura 4 – Exemplo Residência de 36m² em construção em Várzea
Grande-MT pelo PMCMV. Residencial Novo Mundo. Fonte: arquivo
pessoal – Auroramt.com.br
Figura 5 – Residência de 37m² a construir em Cuiabá-MT pelo PMCMV.
Residencial Santa Terezinha.
Fonte: Lotufo Engenharia
3
(CREDER, 2007), “cada aparelho de utilização consome uma
carga específica em watts que o projetista precisa conhecer”.
Esta carga possui potência nominal absorvida pelo sistema e é
calculada a partir tensão nominal, da corrente nominal e do
fator de potência. Devido às dimensões da tipologia adotada
por estas casas para os espaços destinados aos cômodos, e a
existência de apenas um banheiro, será contemplado neste
projeto apenas o aquecimento da água da ducha.
IV. HABITAÇÃO SUSTENTÁVEL E A EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
Figura 6 – Residência de 37m² a construir em Cuiabá-MT pelo PMCMV.
Residencial Santa Terezinha.
Fonte: Lotufo Engenharia
Com base nas informações visualizadas nas figuras 3 a 6 e
de acordo com a divisão dos ambientes internos, é imaginável
constatar que as residências constituídas por dois dormitórios
são destinadas a uma família nuclear, composta por pai, mãe e
dois filhos. Todavia, o conceito de família vai muito além,
como salienta Gomes (1988):
[...] Um grupo de pessoas, vivendo numa estrutura
hierarquizada, que convive com a proposta de uma ligação
afetiva duradoura, incluindo uma relação de cuidado entre os
adultos e deles para com as crianças e idosos que aparecem
nesse contexto.
Certamente que a composição da família atual pode variar
em gênero e número. E Carvalho (2002) é esclarecedor em
afirmar que “Essa concepção foi construída a partir da
observação do cotidiano vivido de algumas famílias que
diferiam muito quanto à estrutura, história, modos de
comunicação e expressão de emoções.”. Ainda segundo o
autor, foi possível chegar à concepção de Gomes (1988)
através da busca por elementos comum presentes em todas as
famílias. Dessa forma, uma família pode ser constituída por
ligações afetivas com ou sem laços sanguíneos, por casais
homoafetivos, por famílias monoparentais, que segundo a
Constituição da República (1988) “entende-se, também, como
entidade familiar a comunidade formada por qualquer dos pais
e seus descendentes”, e outras tantas formas. Dessa forma, de
maneira geral a residência em questão poderá ser habitada por
até quatro pessoas confortavelmente, independentes na
composição familiar e do grau de parentesco.
III. PERFIL DAS INSTALAÇÕES ELÉTRICAS
Para a execução do projeto das instalações elétricas, todo
projetista necessita de plantas e cortes de arquitetura, saber o
fim a que se destina a instalação, os recursos disponíveis, bem
como saber as características elétricas da rede, (CREDER,
2007). Neste artigo, o projeto em questão se destina a
habitação familiar, com características de rede elétrica em
baixa tensão (127V/220V), aquecimento de água e a utilização
de eletrodomésticos em geral. Outro item importante é a
previsão das cargas dos pontos de utilização. Segundo
Nos dias atuais muito se fala sobre o aquecimento global em
conseqüência da emissão de poluentes na atmosfera, devido
entre outros fatores, a utilização da produção de energia
elétrica através da queima de combustíveis fósseis. Segundo
Eletrobrás (BRASIL, 2004), no ano de 2004, o consumo de
energia elétrica no setor residencial foi de 78,5 TWh,
crescendo 3,0% em relação ao consumo de 2003 e atendendo a
cerca de 46,8 milhões de consumidores.
Neste sentido, estudos para redução do consumo de energia
elétrica e o aproveitamento energético de fontes de energia
renováveis são exemplos de sustentabilidade no planejamento
das construções dos conjuntos habitacionais de interesse
social. Araújo (2008) descreve que, “o conceito de moderna
construção sustentável baseia-se no desenvolvimento de um
modelo que enfrente e proponha soluções aos principais
problemas ambientais de sua época, sem renunciar à moderna
tecnologia e à criação de edificações que atendam as
necessidades de seus usuários.”
Estabelece também, o desenvolvimento de vários estudos e
pesquisas sobre materiais ecológicos e de baixo custo para
moradias, edificações cuja função principal é a de testar, junto
ao cotidiano das pessoas, alternativas tecnológicas sustentáveis
capazes de preservar o meio ambiente e de, simultaneamente,
proporcionar o bem-estar da comunidade. Sendo assim, uma
das coisas que as construções sustentáveis buscam no dia-adia, também, na habitação é a maior eficiência energética, que
segundo o Laboratório de Eficiência Energética em
Edificações (LABEEE) visa reduzir o consumo específico de
energia em edificações recém construídas e as existentes,
através da implantação de novas tecnologias de iluminação,
condicionamento de ar e isolamento térmico sem, no entanto,
reduzir os níveis de conforto ambiental e habitabilidade da
construção, (Figuras 7 e 8).
Figura 7 – Protótipo habitacional Casa Alvorada. Local: Prefeitura
Municipal de Alvorada, região metropolitana de Porto Alegre/RS, (1997)
4
Figura 8 – Uso de sistema solar para aquecimento de água. Local:
Laboratório de Monitoramento Ambiental e Eficiência Energética, SC
(2004)
demanda por água quente não coincidir, na maioria das
aplicações, com o período de insolação. Esta demanda por
água quente na habitação ocorre nos horários em que os
trabalhadores chegam do serviço e a utilizam para o banho, o
consumo de energia elétrica para este sistema ocorre
principalmente das 18 às 20 horas, que é considerado horário
de ponta pelas concessionárias de energia, ou seja, é mais um
item que motiva o estudo do uso da energia solar nestas casas
e conjuntos habitacionais. Pois alivia a carga do sistema
elétrico, e desta forma determina uma menor demanda de
energia e conseqüentemente menor infraestrutura da
distribuição, sendo assim, evita e estende o prazo da
construção de novos sistemas de geração de energia elétrica.
V. PROPOSTA DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM HABITAÇÕES
ATRAVÉS DA ENERGIA SOLAR PARA AQUECIMENTO DE ÁGUA
A utilização de energia solar com objetivo de se aquecer
água em habitações é uma alternativa que se torna pertinente
para o Brasil, devido a sua localização geográfica e potencial
energético solar. Além de ser uma fonte energética renovável,
limpa, ilimitada esta disponível em todo território nacional. O
setor residencial responde por 24% do consumo total de
energia elétrica no país e, dentro deste setor, tem-se uma
participação média de 26% do consumo total atribuído ao
aquecimento de água, segundo a PROCEL (BRASIL, 2005).
Portanto, conclui-se facilmente que apenas o aquecimento de
água para banho em residências brasileiras é responsável por
mais de 6,0% de todo o consumo nacional de energia elétrica.
Entretanto alguns projetos analisados nesta pesquisa não levam
em consideração instalações elétricas para aquecimento da
água do chuveiro, entretanto é conhecida que apesar da
simplicidade das casas, este aquecimento através do chuveiro
elétrico é necessário, pois faz parte dos itens que promovem o
conforto do usuário. Portanto será considerado o chuveiro
elétrico no aquecimento de água neste trabalho, pois mesmo
que não esteja presente nos projetos, a família quando se muda
para este tipo de habitação, realiza adequações em suas
instalações de acordo com as suas necessidades. Uma das
alternativas para diminuir o consumo de energia elétrica para
aquecimento de água, responsável pelo alto consumo
energético na residência, é popularizar o uso da energia solar
para o aquecimento de água. Comercialmente os aquecedores
solares começaram a serem difundidos a partir da década de
70, mas teve o seu auge durante a década de 90, como
resultado deste crescimento, houve um aumento substancial de
aplicações,
da
qualidade
e
modelos
disponíveis
(ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE REFRIGERAÇÃO, AR
CONDICIONADO, VENTILAÇÃO E AQUECIMENTO –
ABRAVA). Os principais países que empregam a tecnologia
de aquecimento solar são Israel, Grécia, Áustria, Austrália,
Turquia, Estados Unidos, Japão, Dinamarca, Alemanha, etc.
São no total 26 países ao todo que representam
aproximadamente 50% da população global e cerca de 90% do
mercado de aquecimento solar mundial (ABRAVA). O
aquecimento de água por meio da energia solar consiste
essencialmente no emprego de uma placa coletora solar e um
reservatório acoplado à instalação existente, conforme mostra
a Figura 9. Este reservatório é necessário devido ao fato da
Figura 9 – Esquema básico de funcionamento. Fonte: www.liversol.com.br
O coletor é o dispositivo responsável pela captação da energia
pelo sol e sua conversão em calor utilizável. Os coletores
podem ser divididos em planos e de concentração, Lima
(2003). No sistema proposto, o primeiro mecanismo analisado
para o atendimento das especificidades do projeto deste
aquecimento de água através da energia solar será este coletor.
Com sua instalação sobre o telhado da habitação, pois é o local
com maior incidência de raios solares. Serão utilizados os
coletores do tipo placa plana, pois eles são os mais
apropriados às necessidades de geração de água quente para
fins residenciais. Segundo Lima (2003), “Este coletor é
composto por placa absorvedora, canalizações por onde escoa
o fluido a ser aquecido, cobertura transparente e isolamento
térmico. A função da placa absorvedora é converter a energia
radiante em calor. O calor é então transferido para os tubos, e
destes para o fluido.”, como mostra a Figura 10.
Figura 10 - Seção típica de um coletor de superfície plana.
Fonte: Lima (2003).
A cobertura de vidro reduz substancialmente as perdas do
calor por meio da radiação e da convecção do coletor solar,
armazenando calor em seu interior através do efeito estufa,
inclusive algumas placas absorvedoras possuem duplo vidro
para aumentar a diminuição dessas perdas. Ao refletir de volta
5
a radiação das ondas longas sobre os dutos pintados na cor
preta, que devido à cor escura tende a absorver
satisfatoriamente o calor enclausurado, esta transfere e conduz
a alta temperatura para o líquido dentro destes tubos. Com
relação a inclinação destes painéis sugere-se que ângulo seja
igual a latitude do local, acrescido de 10º e nunca inferior a
15º, ou seja para região de Cuiabá a NBR 15569 (ABNT,
2008) indica uma inclinação de 25º, Figura 11 e Figura 12.
Segundo a NBR 15569 (ABNT, 2008), os coletores solares
devem ser instalados conforme especificações, manual de
instalação e projeto. Também aconselha que os coletores
sejam apontados para o norte geográfico (Figura 11) com
desvio máximo de até 30° desta direção, Figura 13.
calor. Recomenda-se a utilização de um reservatório vertical
de uma altura que equivale a 2 a 2,5 vezes o seu diâmetro, a
fim de assegurar uma boa estratificação da água pré-aquecida.
Com a estratificação, a água mais quente se acumula na parte
de cima do reservatório, enquanto que a água fria situa-se na
parte inferior deste. Segundo Prado et al (2007), em
“Tecnologias para construção habitacional mais sustentável Levantamento do estado da arte: Energia solar”:
[...] Para a fabricação dos reservatórios, utiliza-se,
preferencialmente, aço inoxidável. No entanto, o cobre e o aço
esmaltado com ânodo de proteção também podem ser utilizados.
Os reservatórios de aço galvanizado são desaconselhados devido
a oferecer resistência insuficiente à corrosão, enquanto que os de
material sintético podem ser usados apenas quando água é
armazenada sem pressão. Outro importante ponto a ser
observado é a qualidade do isolamento térmico que reveste o
reservatório. Ela deve ser projetada de modo que as perdas de
calor para o meio sejam os menores possíveis.
É aconselhado sempre optar por fabricantes que possuam a sua
linha de produtos etiquetados pelo Inmetro (Instituto Nacional
de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial).
Principalmente em caso de licitações, pois dessa forma o
produto adquirido tem a segurança de qualidade e tem a sua
eficiência térmica conhecida.
Figura 11: Geometria Solar, condições de Instalação. Fonte: Adaptado,
ABRAVA.
Segundo (CARDOSO, 2008), em “Dimensionamento e
instalação de aquecedor solar” na revista Téchne, edição 136:
[...] O dimensionamento é uma das etapas mais importantes no
projeto de implantação de um aquecedor solar em uma
residência, pois é a partir dele que se chega ao volume de água
quente e à área coletora ideal para atender às necessidades
diárias de água quente dos usuários e com isso atingir a sua
satisfação plena.
Figura 12: Inclinação do coletor solar, β = latitude local + 10°.
Fonte: ABRAVA.
Figura 13: Orientação geográfica dos coletores.
Fonte: NBR 15569 (ABNT, 2008).
O reservatório térmico é o local aonde vai ser armazenada a
água aquecida após o período da ausência de radiação solar, e
serve de atendimento para os momentos em que a demanda de
água quente supera a capacidade de aquecimento da fonte de
Numa instalação típica, o depósito de água quente está
situado em posição superior aos coletores, a água quente
produzida é naturalmente conduzida para um depósito isolado,
por meio do termo sifão, ficando armazenada, pronta para o
uso. O dimensionamento deste reservatório consiste na
previsão do consumo de água aquecida utilizada pelo usuário
durante o banho através da estimativa da sua demanda,
levando-se em consideração o número de pessoas que habitam
a residência. Neste trabalho somente será considerada a
utilização da ducha, do único banheiro da casa. As
capacidades disponíveis no mercado brasileiro são
normalmente de 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400 litros. A
NBR 15569 (ABNT, 2008) e vários fabricantes apresentam
em seus manuais e catálogos, formas simplificadas de
dimensionamento através de tabelas e valores médios de
consumo para cada tipo de utilização e necessidade, portanto,
neste artigo não serão abordados estudos acerca deste
dimensionamento, será apenas considerada a praticidade das
recomendações da norma e dos fabricantes. Para a ducha, esta
média varia entre 50 a 70 litros de consumo por pessoa, 01 vez
ao dia, considerando um banho de 10 minutos. Para
dimensionamento de sistemas de aquecimento solar (SAS) de
água em residências uni familiares, a NBR 15569 (ABNT,
2008) recomenda o cálculo através da Equação 1, em que se
pode prever o volume de consumo para o atendimento.
6
Vconsumo = å (Qpu ´ Tu ´ Frequência _ de _ uso)
onde:
Vconsumo
Tabela 1 – Valor médio de consumo de água quente da ducha por dia.
(1)
é o volume de água quente consumido diariamente
(m³);
Qpu é a vazão da peça de utilização, expressa em metros cúbicos
por segundo (m³/s);
Tu é o tempo médio de uso diário da peça de utilização, expresso
em segundos (s);
Frequência _ de _ uso é
o número total de utilizações da
peça por dia.
Logo, calcular o volume do sistema de armazenamento,
Equação 2:
Varmaz =
onde:
Vconsumo ´ (Tconsumo - Tambiente)
(Tarmaz - Tambiente)
(2)
Varmaz é o sistema de armazenamento do SAS, (m³)
( Varmaz >=75% Vconsumo );
Vconsumo é volume de consumo diário, expresso em metros
cúbicos (m³);
Tconsumo é a temperatura de consumo de utilização (°C)
(sugere-se que seja adotado 40 °C);
Tambiente é a temperatura ambiente média anual do local de
instalação;
Tarmaz é a temperatura de armazenamento da água (°C)
( Tarmaz >= Tconsumo ).
Para cálculo da área do coletor solar térmico, a NBR 15569
(ABNT, 2008) recomenda a utilização do cálculo através da
Equação 3.
Acoletora =
onde:
( Eútil + Eperdas ) ´ FCinstal ´ 4,901
PMDEE ´ Ig
(3)
Acoletora é a área coletora, expressa em metros quadrados (m²);
Ig é o valor da irradiação global média anual para o local de
instalação (kWh/m² . dia);
Eútil é a energia útil, em quilowatts hora por dia (kWh/dia);
Eperdas é o somatório das perdas térmicas dos circuitos primário e
secundário (kWh/dia), calculada pela soma das perdas ou pela
equação: Eperdas = 0,15 x Eútil;
FCinstal é o fator de correção para inclinação e orientação do coletor
solar;
PMDEE é a produção média diária de energia específica do coletor
solar (kWh/m²).
Foi considerado para dimensionamento do sistema, vazão da
ducha de 6,6 litros/min, 10 minutos de banho por pessoa,
residência 4 moradores em média. Os valores médios
estimados de consumo de água quente são demonstrados
através da Tabela 1.
Estimado o valor médio de consumo de água quente da
residência, agora é necessário o dimensionamento do sistema
de armazenamento, estipulado para temperatura de 50 °C,
visando um banho com temperatura média de 39-40 °C,
Tabela 2. A temperatura ambiente média anual de Cuiabá
segundo Pereira (2006) no “Atlas Brasileiro de Energia Solar”
é 27 °C.
Tipo de
Consum
o
Vazão da
Ducha
Observações
Número
de pessoas
Volume Total
Ducha
6,6 litros/min
01 vez ao dia, banho
de 10 a 15 min.
4
264 litros
Fonte: Valores calculados com base na NBR 15569 (ABNT, 2008).
Tabela 2 – Consumo do sistema de armazenamento para temperatura de
armazenamento de 50 °C.
Vconsumo
(consumo
diário da
Ducha)
Tconsumo
(temperatur
a de
utilização)
Tambiente
(temperatura
média anual de
Cuiabá)
Tarmaz
(temperatua
de
armazenamen
to)
Varmaz
(volume do
sistema de
armazenamento
)
264 litros
39 - 40 °C
27 °C
50 °C
149 litros
Fonte: Valores calculados com base na NBR 15569 (ABNT, 2008).
Finalmente, o cálculo da área do coletor solar térmico deve
ser dimensionado com o cálculo da demanda de energia útil,
perdas térmicas, fator de correção de inclinação, produção
média de energia específica e irradiação solar global média
anual de Cuiabá, descritas na NBR 15569 (ABNT, 2008).
Outro item analisado nesta residência foi à inclinação do
telhado que varia nos projetos estudados entre 15° a 27°,
sendo que o ângulo ideal do painel é 25° para Cuiabá,
conforme citado anteriormente. Porém os cálculos levam em
consideração os projetos que apresentam 15° de inclinação de
sua cobertura, pois o painel solar será instalado conforme esta
angulação. A orientação foi calculada considerando o pior
caso com 30° leste ou oeste, pois a norma cita este valor como
ângulo máximo a ser adotado nos projetos. Segundo Pereira
(2006) no “Atlas Brasileiro de Energia Solar” a radiação
global média anual de cidades como Cuiabá e Sinop gira em
torno de 5,25 kWh/m², sendo então adotado este valor para Ig.
Os valores e dados estudados para o cálculo são mostrados na
Tabela 3:
Tabela 3 – Cálculo da área coletora do painél de aquecimento solar.
Eútil
(demanda
de
energia
útil)
Eperdas
(perdas
térmicas)
FCInstal
(fator de
correção
inclinação do
coletor)
7,06
kWh/
dia
1,06
kWh/
dia
1,05
PMDEE
(produçã
o média
de
energia
específic
a)
2,72
kWh/
m².dia
Ig
(radiação
solar
global
média
anual de
Cuiabá)
Acoletor
a
(área do
coletor
solar)
5,25
kWh/m²
2,92
Fonte: Valores de acordo coom NBR 15569 (ABNT, 2008) e o Atlas Brasileiro de
Energia Solar (2006).
Portanto, o sistema de aquecimento solar de uma residência de
HIS, de 36m² a 42m², será composto por um volume de
armazenamento de 150 a 200 litros de capacidade e uma área
coletora total de 3 a 4m² de área.
VI. CONSIDERAÇÕES FINAIS
As questões ambientais, na utilização ao uso de energia são
preocupantes a cada dia, neste sentido a energia solar é uma
das alternativas mais viáveis em termos ambientais. É uma
energia limpa, de fonte inesgotável, e considerada a melhor
alternativa para resolver o problema da emissão de CO2
causada pela queima de combustíveis fósseis na produção de
energia elétrica. São muitas as vantagens, tais como: a fácil
7
instalação; disseminação dos equipamentos; baixo custo de
operação do sistema; ameniza o pico de consumo no horário
de maior demanda. A economia do consumo de energia da
HIS, com a utilização do aquecimento de água através da
energia solar térmica pode ser estimado através do cálculo de
consumo do chuveiro elétrico, Tabela 4, considerou-se o
banho diária de 4 habitantes, sendo 10 minutos de duração e 1
vez ao dia. A economia mensal gira em torno de 80 kWh, e a
economia anual na faixa dos 960 kWh, ou seja, quase 1 MWh
anual por habitação.
CENTRE SCIENTIFIQUE ET TECHNIQUE DE LA CONSTRUCTION
(CSTC). Code de bonne pratique pour l'installation des chauffe-eau solaires.
Bruxelas, 1999.
CREDER, Hélio. Instalações Elétricas. 15. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2007.
LIMA, J.B.A. Otimização de sistema de aquecimento solar de água em
edificações residenciais unifamiliares utilizando o programa TRNSYS. 2003.
123p. Dissertação (Mestrado em Engenharia) – Escola Politécnica,
Universidade de São Paulo, São Paulo, 2003.
VIII. DADOS BIOGRÁFICOS
Tabela 4 – Estimativa do consumo do chuveiro elétrico diário, mensal e
anual.
Equip.
Pot.
(W)
Tempo
(cada
banho)
Número
de
pessoas
(kWh
dia)
(kWh
mês)
Consumo
(kWh ano)
Chuveiro
Elétrico
4000
10 min.
4
2,7
80
960
Outro ponto a se debater, é com relação às tarifas aplicáveis
pela concessionária, diz a respeito da demanda e consumo
desta HIS, que diminuiria consideravelmente com a utilização
da energia solar. Podendo inclusive de acordo com a carga
elétrica estudada, se enquadrar em conta de energia com tarifa
social, com preço de consumo energético (kWh) reduzido. Ou
seja, o uso de energia solar para aquecimento de água é uma
extraordinária alternativa para suprir o consumo de água
quente, melhorar a qualidade de vida e não agravar as
prejudicar as gerações futuras com problemas ambientais,
como o aquecimento global e o efeito estufa.
VII. BIBLIOGRAFIA
ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 15569 – Sistema de
aquecimentosolar de água em circuito direto – Projeto e instalação –
Fevereiro 2008.
ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 5410 - Instalações
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&dq= familia&hl=pt-BR#v=onepage&q&f=false>. Acesso em: 11 jul. 2011.
Rodrigo Esteves Ascurra, nascido em
14/12/1981 em Cuiabá (Mato Grosso), é
graduado em Engenharia Elétrica, Especialista
em Engenharia de Segurança do Trabalho e
Mestrando em Engenharia de Edificações e
Ambiental pela Universidade Federal de Mato
Grosso (UFMT). Trabalha atualmente como
Engenheiro Eletricista da UFMT (2009-2012), e
já trabalhou nas empresas Teleborba
Telecomunicações LTDA (prestadora de
serviços EMBRATEL - 2007), Ampér Construções Elétricas LTDA
(Construção de Linhas de Transmissão / 2007-2008), Centrais Elétricas do
Norte do Brasil S.A - Eletronorte (2007) e Procuradoria-Geral do Estado de
Mato Grosso (PGE-MT / 2001-2006).
Lúcia Flávia Milani Dias Ramos, nascida em 02/11/1985 em Cuiabá (Mato
Grosso), é graduada em Arquitetura e Urbanismo e Mestranda em Engenharia
de Edificações e Ambiental pela Universidade Federal de Mato Grosso
(UFMT). Trabalha atualmente como arquiteta na Secretaria das Cidades,
Governo do Estado de Mato Grosso.