Nos dois primeiros posts, vimos sobre a aplicação da energia solar em sistema predial de água quente e, agora, vamos fazer uma imersão nas formas de dimensionamento desse sistema que utiliza a energia solar para aquecimento da água. Já conferimos no post anterior, que existem aspectos normativos importantes a serem seguidos pelos projetistas, como a NBR 7198/93 e a nova norma que está sendo estudada pela Comissão de Estudo (CE) 02:146.03 da ABNT.
Como fazer o dimensionamento da energia solar para aquecimento
Para efetuar o dimensionamento do Sistema de aquecimento solar, devemos considerar os seguintes fatores:
- Vazão das peças de utilização;
- Tempo e frequência de uso;
- Dados de Temperatura;
- Demanda de energia útil;
- Irradiação globas média anual.
Através do roteiro de cálculo mostrado a seguir, vamos efetuar um estudo de caso de uma Residencia unifamiliar localizada na cidade de Florianópolis.
Esta residencia possui o seguinte perfil:
- 1 banheiro (vaso sanitário, chuveiro e lavatório);
- 1 cozinha que também será abastecida por água quente;
- 4 moradores.
Para verificar o volume do reservatório de água quente e quantidade de placas solares necessárias para atender a esta edificação, deve-se seguir os procedimentos indicados abaixo:
1. Cálculo do volume de consumo
Inicialmente deve-se efetuar o cálculo do volume de água quente consumida diariamente. Tal volume pode variar em função da vazão das peças de utilização, tempo médio e frequência de uso. O volume para consumo é definido pela seguinte expressão:
Onde,
V consumo: é o volume total de água quente consumido diariamente (m³);
Qpu: vazão da peça de utilização (m³/s);
Tu: tempo médio de uso diária da peça de utilização (s);
Frequência de uso: é o número total de utilização de peças por dia.
Para esta edificação, tem-se os seguintes parâmetros:
- Chuveiro: 7 litros/min, considerando 10 minutos de uso por dia.
- Lavatório: 20 litros/pessoa/dia;
- Pia de cozinha: 25 litros/pessoa/dia.
2. Cálculo do volume do sistema de armazenamento
O volume do sistema de armazenamento é definido pela seguinte expressão:
V armaz: é o volume do sistema de armazenamento do SAS (m³). Sugere-se que o volume de armazenamento seja maior ou igual a 75% do volume de consumo.
T consumo: é a temperatura de consumo de utilização (°C). Sugere-se a utilização de 40°C.
T armaz: corresponde a temperatura de armazenamento da água (°C). Sugere-se que a temperatura de armazenamento seja igual ou maior do que a temperatura de consumo.
T ambiente: é a temperatura média anual do local de instalação.
Considerando uma temperatura ambiente de 21°C para a cidade de Florianópolis, e uma temperatura de armazenamento de 50°C e 40°C de consumo.
V = (460 x (40 – 21))/(50 – 21) = 301,38 L —– 75% do volume = 345 L
3. Calculo da demanda de energia útil
Deve-se ainda calcular a demanda útil de energia, de acordo com a seguinte expressão:
Eútil: é a energia útil, expressa em kilowatts hora por dia (kWh/dia)
p: corresponde a massa especifica da água igual a 1000 (kg/m3)
Cp: é o calor especifico da água igual a 4,18 (Kj/Kg)
Eutil = 885 x 1000 x 4,18 x (50 – 21) = 11,61 kWh/dia
4. Cálculo da área coletora
Para finalizar, basta efetuar o cálculo da área coletora, para que desta forma possa ser definido em função do modelo da placa e quantas placas serão necessárias no projeto.
O cálculo da área coletora é definido em função da seguinte expressão:
A coletora: é a área coletora (m2)
Ig: é o valor da irradiação global média anual para o local da instalação (kWh;m².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
PMDEE: é a produção média diária de energia específica do coletor solar (kWh/m²), expressa pela equação.
Considerando um modelo especifico de coletor solar, o PMDEE pode ser dimensionado da seguinte maneira.
PMDEE = 4,901 x (0,83 – 0,0249 x 7,110) = 3,2 kWh/m²
FCinstal: é o fator de correção para a inclinação e orientação do coletor solar dado pela equação:
Para este coletor vamos considerar a pior situação de projeto. Apesar da cidade de Florianópolis estar localizada na latitude 27°, vamos considerar que a placa estará definida com uma inclinação de 15° e voltada 30° para o leste ou oeste.
Além disso, foi possível determinar o valor da irradiação global média anual para a cidade de Florianópolis de acordo com o “Atlas Brasileiro de Energia Solar”.
Portanto, em resumo teremos os seguintes valores necessário para dimensionamento da área total da placa solar.
Através deste dados foi possível obter o resultado de dimensionamento da área da placa solar igual a 5,11 m².
Com esses cálculos, é possível dimensionar o sistema que utiliza energia solar para aquecimento. Acompanhe nossos próximos conteúdos para descobrir como as diversas etapas de um projeto de sistema de SAS pode ser automatizada com segurança e confiabilidade.
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