Aquecimento Solar - Sistemas, Componentes e Dimensionamento - Guia Completo

SISTEMA DE AQUECIMENTO SOLAR Sumário Introdução Sistemas de aquecimento solar Qualidade e Normas Projeto e Dimensionamento Instalação Tipos de Coletores Energias Renováveis Introdução Oferta variável Hidroeletricidade e biomassa acúmulo em larga escala sazonal energia Solar e eólica Acúmulo sazonal é economicamente inviável Uso com complementação O SOL Diâmetro 1390000 km Massa 1989 x 1030 kg Distância média Sol Terra 1496 x 108 km equivale a 1 UA Unidade Astronômica Temperatura 5800 K superfície 15600000 K núcleo 75 Hidrogênio 25 Hélio Potência 386 x 1026 W Radiação se assemelha à de um Corpo negro a 5777 K Constante solar Isc 1367 Wm2 Medição da radiação solar Heliógrafo Campbell Stokes Piranômetro Piroheliômetro ratreador solar Medição da radiação solar difuso Medição da radiação solar dia de céu claro dia de céu parcialmente encoberto Estimativa da Radiação Solar A partir de dados medidos Mapas são gerados a partir da interpolação dos valores das estações existentes Numero de estações radiométricas necessárias para garantir bons resultados inviabiliza financeiramente Séries históricas mais longas estão disponíveis basicamente dados de horas de insolação A partir de imagens de satélite Mapas são gerados a partir de imagens de satélite Resolução espacial e temporal equivalente à fornecida pelo satélite Poucas estações radiométricas necessárias para calibrar e validar os modelos Atlas de Radiação Solar no Brasil RADIAÇÃO SOLAR GLOBAL HORIZONTAL MÉDIA ANUAL Projeção Geográfica Meridiano Central 54 Datum South American Datum 1969 119500000 Atlas de Radiação Solar no Brasil Consumo de água quente Banho Residencial Piscinas Processos industriais Consumo de eletricidade por setor Residencial de Eletricidade Sistema de aquecimento solar com coletores de placa plana Equipamentos Coletores Solares Reservatórios térmicos Acessórios Instalações Funcionamento do sistema Configurações Coletores Solares Conversão da energia solar em energia térmica Componentes Principais Placa coletora Gabinete Coletor Solar VIDRO DIVIDIDO EM TRÊS PARTES ALETA DE ALUMÍNIO ENEGRECIDO SERPENTINA DE TUBO DE COBRE ISOLAMENTO TÉRMICO EM PU EOU KRAFT SANFONADO FUNDO E PERFIS EM ALUMÍNIO Fluxo de calor pelo absorvedor Radiação Solar Aquecimento da Aleta Área de contato entre aleta e tubo Aleta Condução de Calor pela aleta Tubo Convecção Aquicimento da água Água Reservatório Térmico Fechado LIGAÇÃO ELÉTRICA TERMOSTATO RESISTÊNCIA APOIO ISOLAMENTO TÉRMICO PROGRESSIVO SAÍDA CONSUMO RESPIRO 34 RETORNO DE ÁGUA QUENTE COLETORES ENTRADA DE ÁGUA FRIA E SAÍDA PARA COLETORES Reservatório Térmico Fechado TRANESEN AQUECEDOR SOLAR BÓIA APOIO RESISTÊNCIA TERMOSTATO ISOLAMENTO TÉRMICO PROGRESSIVO RESPIRO 34 RETORNO DE ÁGUA QUENTE COLETORES ENTRADA DE ÁGUA FRIA SAÍDA COLETORES SAÍDA CONSUMO Funcionamento Boiler Armazenamento de água quente Consumo Entrada de água fria Água quente a caminho do Boiler Água fria a caminho do coletor Aquecimento solar Coletor solar Funcionamento Curva de Variação de Temperatura Temperatura do Boiler Temperatura Ambiente Funcionamento Curva de Consumo Consumo de energia Comum Solar potência consumida kWh meses do ano jan feb mar apr may jun jul aug sep oct nov dec média Normas ABNT NBR7198 Projeto e instalação água quente predial NBR10184 Coletores desempenho NBR10185 Reservatórios desempenho NBR15569 Sistemas de aquecimento solar de água em circuito direto Projeto e Instalação substitui a NBR12269 Execução de instalações de sistemas de aquecimento solar Dados para dimensionamento PEÇAS CONSUMO MÉDIO DIÁRIO Ducha 40 a 80 litrospessoa Lavatório 5 a 7 litrospessoa Cozinha 20 a 30 litrospessoa Lavanderia 20 a 30 litroskg roupa sc Banheira 100 a 200 litrosuso Dados para dimensionamento EDIFICAÇÕES CONSUMO DIÁRIO Ed Residencial 110 litrospessoa Hotel 105 litrosleito Motel 800 litrosapartamento Hospital 120 litrosleito Vestiário 50 litrospessoa Lavanderia Ind 30 litroskg de roupa seca Cozinha Ind 12 litrosrefeição Residência pop 40 litrospessoa Dados para dimensionamento CIDADES DO BRASIL ÁREAS DE COLETORES Para cada 100 litros Manaus 09 m² Rio de Janeiro 11 m² Natal 08 m² São Paulo 14 m² Cuiabá 10 m² Curitiba 15 m² Belo Horizonte 10 m² Porto Alegre 16 m² Dimensionamento do Reservatório Térmico Dimensionamento da Área Coletora Número de Coletores NC Número de coletores VMC x 35ºC x 30 dias 860 x Produção mensal de energia do coletor solar Importante A produção de energia de um coletor solar varia em função de 1 Clima 2 Qualidade do produto 3 Condições de instalação Dimensionamento da Área Coletora Aquecimento solar Área da superfície coletora dos painéis solares A A V x tf tm 1766 x I 0219 x tm 0634 Onde A área dos coletores m² V Volume de consumo de água misturada ldia I insolação hdia tm temperatura média do ar C tf temperatura desejada para a água quente C Dimensionamento da Área Coletora Orientação ideal Norte geográfico Caso não seja possível instale o equipamento em escamas ou faça compensação da área coletora Inclinação ideal Latitude 10º Caso não seja possível é aceitável instalar o equipamento em telhados cuja inclinação mínima seja de 30 Inclinação Orientação Compensação Latitude 10º Norte geográfico Ideal Desvio de 45º 15 Desvio de 90º 25 Sistema de Aquecimento Solar Sistemas Convencionais assistidos por Coletores Solar A água vinda do reservatório de água fria circula sob os coletores os quais são orientados para receber a maior incidência de raios solares Para maximizar a coleta dos raios solares os coletores devem estar orientados para o norte com inclinação correspondente a latitude do local mais 5 a 10º O sistema de aquecimento solar sofre influência da meteorologia Em dias nublados e de chuvas a eficiência do sistema é reduzida Este problema é resolvido através da instalação de um sistema misto por exemplo solar e elétrico Em dias sem sol o aquecimento é realizado por um boiler NBR 15569 Sistema de aquecimento solar de água em circuito direto Projeto e instalação Sistema de Aquecimento Solar Sistemas Convencionais assistidos por Coletores Solar A utilização de coletores solares em edifícios residenciais com a finalidade de complementar a um sistema convencional de aquecimento de água sistema de préaquecimento da água pode ser realizada de maneira relativamente simples Os aquecedores solares devem ter desempenho térmico conforme NBR 10185 verificável pela NBR 10184 e ser instalados conforme NBR 12269 NBR 10185 Reservatórios térmicos para líquidos destinados a sistemas de energia solar Determinação do desempenho térmico Método de ensaio NBR 10184 Coletores solares planos líquidos Determinação do rendimento térmico Método de ensaio NBR 12269 Execução de instalações de sistemas de energia solar que utilizam coletores solares planos para aquecimento de água Procedimento Instalações de Aquecimento Solar Residencial Instalações de Aquecimento Solar Residencial Instalações em Termosifão Baterias de coletores instalados em paralelo no sentido vertical do telhado RESPIRO ENTRADA DE ÁGUA DA RUA BÓIA LADRÃO CONSUMO ÁGUA QUENTE ALIMENTAÇÃO COLETORES INCLINAÇÃO MÍNIMA 3 RETORNO COLETORES INCLINAÇÃO MÍNIMA 3 DRENO NORTE GEOGRÁFICO RESISTÊNCIA ELÉTRICA Instalações Bombeadas Instalação Sistema bombeado com bateria de coletores em série MANTA ALUMÍNIZADA TUBO DE POLIETILENO TUBO DE COBRE SENSOR DE TEMPERATURA Instalação Sensores RESERVATÓRIO TÉRMICO RESISTÊNCIA ELÉTRICA ALIMENTAÇÃO COLETORES INCLINAÇÃO MÍNIMA 3 VÁLVULA RETENÇÃO SENSOR C VÁLVULA VENTOSA SENSOR B RETORNO COLETORES INCLINAÇÃO MÍNIMA 3 DRENO NORTE GEOGRÁFICO DRENO UNIAO CONSUMO ÁGUA QUENTE LADRÃO ENTRADA DE ÁGUA DA RUA BÓIA RESPIRO Sistema AntiCongelamento Soluções TRANSEN Válvula anticongelamento ALIMENTAÇÃO DA REDE 220v A TRANSEN oferece ainda o Coletor VerticalHorizontal TRG o único coletor do mundo à prova de congelamento Exemplo de instalação Reservatório térmico Fechado Bomba Hidráulica Sensor B Sensor C RESPIRO DRENO Solar Control