Eficiência de fogões a biomassa e impactos na qualidade do ar interior

Abstract

A combustão residencial de biomassa é uma forma de produção de energia térmica considerada neutra do ponto de vista de CO2 de origem fóssil, mas que pode ter impactos na qualidade do ar. O presente trabalho teve como objectivo analisar o desempenho energético e ambiental de diferentes fogões a biomassa utilizados em habitações unifamiliares. Como resultado da aplicação de um modelo numérico de simulação dinâmica – BSIM Building Simulation – e das experiências realizadas em 6 habitações unifamiliares na Dinamarca verificou-se que os fogões a biomassa emitem energia térmica de forma intermitente, sendo que, a utilização dos fogões certificados conduziu a um sobreaquecimento das habitações com elevada eficiência energética. Nas experiências realizadas em habitações unifamiliares na Dinamarca verificaram-se consumos anuais de energia final para aquecimento de espaços a variar entre os 9,0 e os 31,6 MWh, taxas de renovação de ar novo entre os 0,34 e os 1,02 h-1, tendo-se determinado concentrações de partículas PM10 e PM1 acima dos 150 μg m-3, aquando da combustão de biomassa nos fogões a em edifícios residenciais construídos no ano de 2009. Verificou-se também que, a concentração de partículas ultra-finas variou consideravelmente após a ignição da combustão de biomassa para todos os fogões analisados, independentemente do ano de construção dos edifícios onde se realizaram as medições. Os caudais de emissão (valores máximos) de partículas ultra-finas, dos fogões a biomassa para o interior das habitações em estudo, variaram entre 9,19 x 107 e 1,96 x 1015 partículas ultra-finas h-1, tendo-se observado as concentrações mais elevadas para este tipo de partículas, nos ambientes interiores em estudo, no momento em que se verificaram os caudais de emissão de partículas mais elevados. Em geral, para os restantes parâmetros de caracterização da qualidade do ar não se verificaram impactos da combustão doméstica de biomassa na QAI. Da análise energética ao recuperador de calor típico Português estimou-se uma eficiência térmica a variar entre os 50% e os 77%, dependendo da fase do ciclo de combustão de biomassa, sendo que a temperatura na câmara de combustão nestes sistemas varia entre os 100 e os 600 oC. Da análise do cálculo da eficiência para diferentes intervalos de tempo, podemos verificar que, durante a combustão de Freixo, a transferência de calor do fogão a biomassa para o interior do edifício é máxima para temperaturas na câmara de combustão superiores a 400 C e caudais de ar de combustão de 30 Nm3 h-1. O fluxo de calor total do equipamento para o interior do edifício foi de 6,25 kW, para um intervalo durante o ciclo de combustão, aquando a operação do sistema segundo as condições típicas de operação.

ABSTRACT: The residential combustion of biomass is a form of production of thermal energy, considered neutral in terms of CO2 produced from fossil fuels, but that may have impacts on air quality. This study aimed to analyze the energy and environmental performance of different biomass stoves used in private homes. As a result of applying a numerical model for dynamic simulation - BSIM Building Simulation - and the experiences carried out in 6 detached houses located in Denmark, it was found out that, the wood burning stoves emit thermal energy intermittently, and the use of certified appliances led to overheating of dwellings with high energy efficiency. In experiments conducted in single family houses in Denmark, final energy consumption for residential heating varied between 9,0 and 36,6 MWh and air exchange rate varied between 0.34 and 1.02 h-1. Concentrations of PM10 and PM1 were found to be above 150 μg m-3, when wood burning stoves were used for space heating in residential buildings constructed in the year of 2009. It was also found that, the concentration of ultra-fine particles varied considerably after ignition of biomass combustion for all stoves tested, independently of the year when the dwellings, where measurements were carried out, were constructed. The rates of emission (maximum values) of ultra-fine particles, from biomass stoves to the interior of the houses analysed in the developed case study, ranged between 9.19 x 107 and 1.96 x 1015 ultra-fine particles h-1 and it was observed that, the highest indoor concentrations for this type of particles, occurred when the ultra-fine particles emission rate was the highest. In general, for the other parameters that characterize the indoor air quality (IAQ), there were no impacts of the combustion of biomass in the IAQ. The energy analysis of the typical Portuguese wood burning stove handed in a thermal efficiency in the range from 50% to 77%, depending on the phase of the combustion cycle considered in this study. The temperature in the combustion chamber in these systems varied in between 100 and 600 oC. From the previous energy analysis, regarding the wood burning efficiency calculation for different time intervals, we can conclude that, during the wood combustion process, the heat transfer from the wood burning stove to the indoor space happens when the temperature in the combustion chamber is above 400 C and combustion air flow rate is equal to 30 Nm3h-1. The total heat flow of the tested equipment into the building was 6,25 kW for an interval during the combustion cycle operated under the typical conditions of utilization.