Aquecimento Solar da Água (ASAg)
Análise de Projeto
Curso de Análise de Projeto de Energia Limpa
Coletores Planos Revestidos, Ontario, Canada
Foto cedida por: NRCan
© Ministro de Recursos Naturais Canada 2001 – 2006.
Objetivos
• Revisar conceitos básicos
sistemas de Aquecimento Solar
da Água (ASAg)
• Ilustrar considerações chave para
análise de projeto ASAg
• Apresentar RETScreen® ASAg Modelo de Projeto
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O que fornece um sistema ASAg?
Centro de Conferencias, Bethel, Lesotho
• Água quente doméstica
• Calor de processo
• Aquecimento de piscina
…mas também…
Foto cedida por : Vadim Belotserkovsky
Desenvolvimento de Moradias, Kungsbacka, Suécia
 Aumento da água quente
armazenada
 Extensão da temporada de
natação (aquecimento da
piscina)
Foto cedida por : Alpo Winberg/ Solar Energy Association of Sweden
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Componentes do Sistema ASAg
Painel
fotovoltaico
Diagrama esquemático de um
sistema de aquecimento solar da água
Coletores solares
Termosifão
Circuito de aquecimento da água
Tubo de glicol de
alimentação e retorno
Pré-aquecimento
Bomba de glicol
Tanque acumula
Água Aquecida
pelo sol
Água aquecida pelo sol
Caixa de junção
Água quente
para casa
Tanque
padrão
Troca
de
calor
Dreno de
sedimento
Suprimento
de Água
fria
Foto cedida por : NRCan
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Coletor Solar sem Revestimento
• Baixo custo
• Baixa temperatura
COLETOR SOLAR SEM REVESTIMENTO
Orificios para medição de vazão
• Escarpado
• Leve
Entrada do canal
Canal de fluxo produz
Fluxo constante através tubos
Tubo do2o.
• Aquecimento
sazonal da piscina
distribuidor
Fluxo da piscina
•
Baixa pressão
•
Baixa eficiência com clima frio ou com ventos
Foto cedida por : NRCan
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Coletor Solar de Prato Plano Revestido
• Custo moderado
• Operação com
temperaturas mais
altas
Revestimento vidro
Invólucro
• Pode operar com
pressão da água
controlada
Placa de
absorção
Tubos
ascendentes
• Mais pesado e
mais frágil
Distribuidor
Isolação
Foto cedida por : NRCan
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Coletores de Tubo Evacuado
•
Custo mais alto
•
Sem perdas por
convexão
•
Temperatura alta
•
Climas frios
•
Frágil
Tubo Evacuado
Vapor e líquido condensado no
tubo de calor
Placa de absorção
Tubo de calor
•
Instalação pode ser
mais complicada
•
Neve é apenas um pequeno
problema
Foto cedida por : NRCan
Tubo Desenvolvido e Fabricado na China
Foto cedida por : Nautilus
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Aquecimento Solar da Água em Vários
Climas
•
Para um sistema doméstico de aquecimento solar da água com 6 m2
de coletor revestido, a demanda de 300 L/dia de água quentea 60ºC e
300 L armazenamento, a fração solar é:
21% em Tromsø, Noruega (70ºN)
81% em Matam, Senegal (16ºN)
40% em Yellowknife, Canadá (62ºN)
59% em Puerto Limón, Costa Rica (10ºN)
32% em Warsaw, Polonia (52ºN)
59% em Jakarta, Indonesia (6ºS)
51% em Harbin, China (46ºN)
86% em Huancayo, Peru (12ºS)
67% em Sacramento, EUA (39ºN)
69% em Harare, Zimbabwe (18ºS)
39% em Tokyo, Japão (36ºN)
65% em Sydney, Australia (34ºS)
78% em Marrakech, Morrocos (32ºN)
39% em Punta Arenas, Chile (53ºS)
75% em Be’er-Sheva, Israel (31ºN)
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5
15
Eletricidade @ 0,15$/kWh
Gas @ 0,50$/m3
Eletricidade @ 0,05$/kWh
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Gas @ 0,15$/m3
2
Economia Anual ($/m )
Exemplos de Custos e Beneficios de
Sistemas ASAg
25
35
Custo da energia ($/GJ)
Piscina sem revestimento apenas no verão
Montreal, Canadá
1,5 GJ/m2
150$/m2
Sistema revestido ao longo do
ano (w/armazenamento)
La Paz, Bolivia
2,2 GJ/m2
400$/m2
45
Sistema de Tubo Evacuado
(w/armazenamento)
Copenhagen, Dinamarca
1,8 GJ/m2
1.000$/m2
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Considerações sobre
Projeto de Aquecimento Solar da Água
•
Fatores para um projeto bem sucedido:
 Grande demanda por água quente par areduzir importância dos custos fixos
 Alto custo da energia (p.ex. Gas natural não disponível)
 Sem fornecimento confiável de energia convencional
 Grande interesse ambiental pelo operador/proprietário do prédio
•
Carga de água quente necessária durante o dia
requer menos armazenamento
•
Sistemas sazonais de custo mais baixo, podem ser
financeiramente preferíveis, a sistemas de maior custo ao longo
do ano
•
Manutenção semelhante a qualquer sistema hidráulico, porém
operador deve estar comprometido a atender à tempo tanto
manutenção quanto reparos
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Exemplos: Austrália, Botswana e Suécia
Sistemas Domésticos de Água Quente
•
Em rede, necessita proprietário comprometido
Sistema Termosifão, Australia
 Pode ter retorno longo quando energia barata
 Sistemas fornecem 20 a 80% da água quente
•
Fora da rede ou onde fornecimento de energia
não confiável
Foto cedida por : The Australian Greenhouse Office
Casas, Malmö, Suécia
Foto cedida por : Marie Andrén, Solar Energy Association of Sweden
Casa para equipe médica em Área Rural, Botswana
Foto cedida por : Vadim Belotserkovsky
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Exemplos: EUA e Canadá
Sistemas de Piscinas
•
Coletores sem revestimento baixo custo
Piscina, EUA
 Piscinas de verão em climas frios
 Prolonga temporada em climas temperados
 Para uso no verão em piscina de uso anual em
climas frios
 Pode ter retorno de 1 a 5 anos
•
•
Coletores revestidos para calor ao
longo do ano
Sistemas de filtragem servem como
bombas
Piscina Pública, Ontario, Canadá
Foto cedida por : Aquatherm Industries/ NREL Pix
Foto cedida por : NRCan
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Exemplos: Grécia e Canadá
Sistemas de Água Quente Comercial/Industrial
•
Hotéis/motéis, apartamentos e edifícios de escritórios
•
Centros de saúde & hospitais
•
Lavagem de carros, laundromats, restaurantes
•
Centros esportivos, escolas, Chuveiros em vestiários
•
Aquacultura, outras pequenas indústrias
Hotel, Agio Nikolaos, Creta
Foto cedida por : Regional Energy Agency of Crete/ISES
Operação Aquacultura, British Columbia, Canadá
Foto cedida por : NRCan
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RETScreen® Aquecimento Solar da Água
Modelo de Projeto
•
Análise mundial da produção de energia, custo do ciclo de
vida e redução das emissões dos
gases de efeito estufa
 Revestido, sem revestimento e tubo
evacuado
 Piscinas internas e externas
(c/ ou s/ cobertura)
 Sistemas de água quente de serviço
(c/ ou s/ armazenamento)
•
Apenas 12 pontos dados RETScreen®
vs. 8.760 modelos simulação horária
•
Atualmente não cobertos:
 Mudanças nas cargas diárias de água
quente de serviço
 Serviço individual de água quente
 Sistemas sem armazenamento tendo altas frações solares
 Ajuste ao sol, concentrador & coletor solar integrado
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RETScreen
®
ASAg Cálculo de Energia
Calcular variáveis
ambientais, incluindo
radiação solar
no plano do coletor
Calcular energia solar
que pode ser coletada
Água quente de serviço Água quente de serviço
com armazenagem
sem armazenagem
Método f-Chart
Método de
Utilizabilidade
Capítulo de Análise de Projeto de Aquecimento
Solar da Água
Avaliar
necessidade
energética da
piscina
Calcular energia
renovável
despachada e
necessidade de
aquecimento
auxiliar
Ver e-Manual
Análise de Projeto de Energia Limpa:
RETScreen® Engenharia e Casos
Piscinas
Outros cálculos:
área sugerida do coletor,
necessidade de
bombeamento, etc..
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Exemplo de Validação do
RETScreen® ASAg Modelo de Projeto
RETScreen® comparado a:
WATSUN para sistema de água
quente doméstica em Toronto,
Canadá:
RETScreen
WATSUN
Dif.
Radiação incidente (GJ)
24,34
24,79
-1,8%
Carga (GJ)
19,64
19,73
-0,5%
Energia fornecida (GJ)
8,02
8,01
0,1%
1.874
1.800
4,1%
Horas operação bomba (h)
RETScreen fornecimento anual estimado energia solar
(kWh)
•
•
3.000
ENERPOOL para 48-m2 piscina
verão em Montreal, Canada
2.500

2.000
•
1.500
RETScreen vs. dados
monitorados de 10 sistemas
domésticos de água quente
em Guelph, Canadá
1.000
500
500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
Energia necessária com 2%
Dados monitorados de uma
pscina de verão 1.200 m2 em
Möhringen, Alemanha

Energia necessária com 3% e
produção de energia solar
com 14%
Fornecimento anual medido de energia solar (kWh)
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Conclusões
•
Coletores sem revestimento, revestidos e tubo evacuado fornecem
água quente para muitos usos em qualquer clima
•
Grande demanda de água quente, alto custo da energia e forte
interesse da parte do operador/proprietário, são fatores importantes
para o sucesso
•
RETScreen® calcula:
 Carga de água quente de serviço e carga da piscina
 Desempenho da piscina solar e do sistema de água quente de serviço, com e sem
armazenamento
•
RETScreen® realiza análise anual com cálculo dos recursos mensais e
pode obter precisão comparável a modelos de simulação horária
•
RETScreen® pode gerar economia significativa no custo do estudo de
viabilidade
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Perguntas?
Módulo de Análise de Projeto de Aquecimento Solar da Água
RETScreen® International Curso de Análise de Projeto de Energia Limpa
Para informações adicionais consultar a página Web do RETScreen em
www.retscreen.net
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