Modelação de um sistema de aquecimento de água com suporte solar

Abstract

O aproveitamento da energia solar para produção de água quente sanitária (AQS) reveste-se, por numerosas razões, de importância crescente. Objetivo deste trabalho consiste em avaliar o contributo da energia solar na produção de água quente sanitária. Para este estudo foram elaborados modelos de sistema convencional de AQS e sistema solar de AQS através do programa de simulação TRNSYS 18. Os desempenhos dos sistemas modelados foram analisados usando como caso de estudo uma casa de uma família típica de 5 pessoas em Maputo, Moçambique. As simulações numéricas dos desempenhos anuais foram realizadas com base nos dados meteorológicos do referido local considerando um ano meteorológico típico. Os sistemas foram projetados para atender a demanda de 200 litros de AQS diário a temperatura de 60 º C. O sistema convencional (Aquecedor elétrico com tanque de armazenamento), que serviu como caso base, é constituído por um tanque de armazenamento de 200 litros com uma resistência de 2,5 kW. O sistema solar modelado é o sistema de circulação forçada, constituído por coletores de placa plana com área de 3,5 m2 e tanque de armazenamento de 200 litros dotado de um sistema auxiliar elétrico para atender a demanda de AQS na ausência da radiação solar. O modelo do sistema solar foi otimizado tendo os seus resultados comparados com resultados do sistema convencional. O consumo de energia elétrica e as emissões de gases de efeito estufa (GEE) do sistema convencional, foram comparados com os de sistema solar. O payback que resultaria na implementação do sistema solar foi determinado a partir da análise financeira. Os resultados mostraram que os sistemas solares contribuem significativamente na redução dos consumos de energia elétrica e nas emissões de GEE em relação aos sistemas convencionais. A utilização do sistema solar resultou na redução de 80% de consumos de energia elétrica, e emissões de CO2 em relação ao sistema convencional. O payback foi estimado em 6,8 anos. O sistema solar otimizado reduziu o consumo de energia elétrica e emissões de CO2 em 86%.

The use of solar energy for the production of domestic hot water (DHW) is, for many reasons, of increasing importance. The objective of this work is to evaluate the contribution of solar energy in the production of domestic hot water. For this study, models of conventional DHW system and solar DHW system were developed using the TRNSYS 18 simulation program. The performances of the modelled systems were analysed using a typical family house of 5 people in Maputo, Mozambique as a case study. The numerical simulations of the annual performances were performed based on the meteorological data of that place considering a typical meteorological year. The systems were designed to meet the demand for 200 litres of daily DHW at a temperature of 60 º C. The conventional system (Electric heater with storage tank), which served as a base case, consists of a 200 litres storage tank with a resistance of 2.5 kW. The modelled solar system is the forced circulation system, consisting of flat plate collectors with an area of 3.5 m2 and a 200 litres storage tank equipped with an electrical auxiliary system to meet the demand in the absence of solar radiation. The solar system model was optimized, and its results were compared with results of the conventional system. Electricity consumption and greenhouse gas (GHG) emissions from the conventional system were compared with those from the solar system. The payback that would result in the implementation of the solar system was determined from the financial analysis. The results showed that solar systems contribute significantly to reducing electricity consumption and GHG emissions compared to conventional systems. The use of the solar system resulted in a reduction of 80% in electricity consumption, and CO2 emissions in relation to the conventional system. The payback was estimated at 6,8 years. The optimized solar system reduced electricity consumption and CO2 emissions by 86%.