CURSO DE PROJETOS DE SISTEMAS DE AQUECIMENTO SOLAR MÓDULO INTRODUTÓRIO Eng. Carlos Felipe da Cunha Faria (Café) Diretor Executivo da ABRAVA Coordenador da Iniciativa Cidades Solares
Projetando uma Instalação de Aquecimento
Norma Brasileira Um novo conceito de projeto A NBR 15569 estabelece os requisitos para o sistema de aquecimento solar (SAS), considerando aspectos de concepção, dimensionamento, arranjo hidráulico, instalação e manutenção, onde o fluido de transporte é a água.
O que é um sistema de aquecimento solar
O sistema de aquecimento solar (SAS) Sistema de aquecimento solar (SAS) Sistema composto por coletor(es) solar(es), reservatório(s) térmico(s), aquecimento auxiliar, acessórios e suas interligações hidráulicas, que funciona por circulação natural ou forçada
Tecnologia e Qualidade Gerando calor, frio e energia elétrica
Coletores Solares Tipos de Coletores Dispositivo que absorve a radiação solar incidente, transferindo-a para um fluido de trabalho, sob a forma de energia térmica
Coletores Solares Tecnologia e Aplicações Aquecimento de Ar: 50 sistemas instalados, totalizando 10.000m 2 em 27 edificações reduzindo a emissão de 2000 toneladas de CO 2 por ano. Fonte: Solarwall
Coletores Solares Tecnologia e Aplicações Aquecimento de Ar Secagem : Secagem de grãos Fonte: Solarwall http://www.arb.ca.gov/research/icat/projects/conserval.htm
Coletores Solares Tecnologia e Aplicações Solar PVT: Fotovoltaico+ Térmico: geração de energia elétrica e calor de ventilação. Fonte: Solarwall International Energy Agency Task 35.
Coletores Solares Tecnologia e Aplicações Centrais termoelétricas solares
Coletores Solares Pré requisitos Os coletores solares devem ser capazes de operar nas faixas de pressão, temperatura e demais condições especificadas em projeto, incluindo resistência de exposição direta à radiação solar.
Coletores Solares Coletor solar plano fechado 1.Tinta 2.Aleta 3.Flauta 4.Isolamento Térmico 5.Caixa 6.Calha coletora 7.Vedação 8.Cobertura transparente Os coletores solares devem ser conforme ABNT NBR 10184.
Coletores Solares Coletor solar plano aberto
Coletores Solares Coletor solar evacuados
Reservatórios Térmicos O armazenamento de energia captada, quando necessário, em função da não simultaneidade entre consumo e disponibilidade de energia solar, é feito através do armazenamento de água em reservatório(s) apropriado(s) e se manifesta pela elevação da temperatura da água armazenada
Reservatórios Térmicos Pré requisitos Os reservatórios térmicos devem ser conforme ABNT NBR 10185 Os sistemas de armazenamento devem ser capazes de operar nas faixas de pressão, temperatura e demais condições especificadas em projeto, incluindo resistência de exposição direta à radiação solar (se aplicável)
A Indústria Brasileira PBE- Programa Brasileiro de Etiquetagem completa 10 anos em 2008 250 produtos etiquetados Possui um dos 6 simuladores solares no mundo http://www.green.pucminas.br
A Indústria Brasileira Soletrol Ind. e Com. Ltda. Coletor Solar SOLETROL Industrial Plus http://www.inmetro.gov.br/consumidor/tabelas.asp
A Indústria Brasileira 140 fabricantes 2500 revendedores e distribuidores tecnologia nacional 500 mil metros quadrados por ano ( 1/3 da capacidade) Isenção de IPI e ICMS até Dezembro 2008
A Indústria Brasileira Cadeia de fornecimento: distribuidores, representantes, revendedores, instaladoras e projetistas. Meta: cadeia de 400 revendas em 2008. 2007-60 empresas qualificadas http://www.inmetro.gov.br/consumidor/pbequalisol.asp
Princípios de Funcionamento Eficiência com economia
O sistema de aquecimento solar (SAS)
O sistema de aquecimento solar ( SAS) Princípios de Funcionamento Circulação natural ou por termossifão circulação de água no sistema de aquecimento solar devido ao fenômeno de termossifão, que consiste na movimentação de um fluido cuja força motriz tem origem na diferença de densidade decorrente da variação de sua temperatura Circulação forçada circulação de água no sistema de aquecimento solar devido predominantemente à imposição externa de pressão no circuito hidráulico (por exemplo, através de uma motobomba)
O sistema de aquecimento solar ( SAS) Princípios de Funcionamento - Termossifão SUSPIRO ENTRADA ÁGUA FRIA SIFÃO CONSUMO DRENO
O sistema de aquecimento solar ( SAS) Princípios de Funcionamento - Termossifão P=dens g h
O sistema de aquecimento solar ( SAS) Princípios de Funcionamento - Termossifão
O sistema de aquecimento solar ( SAS) 1000 Princípios de Funcionamento - Termossifão 995 densidad de (kg/m 3 ) 990 985 980 975 970 965 960 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 temperatura ( o C)
O sistema de aquecimento solar ( SAS) Princípios de Funcionamento - Termossifão
O sistema de aquecimento solar ( SAS) Princípios de Funcionamento - Termossifão
O sistema de aquecimento solar ( SAS) Princípios de Funcionamento - Termossifão
O sistema de aquecimento solar ( SAS) Princípios de Funcionamento Termossifão Tipo Torre
O sistema de aquecimento solar ( SAS) Princípios de Funcionamento Termossifão Tipo Nivel
O sistema de aquecimento solar ( SAS) Princípios de Funcionamento - Termossifão Acoplado: sistema em que o dispositivo de armazenamento termina com o coletor e está montado sobre uma estrutura de suporte comum;
O sistema de aquecimento solar ( SAS) Princípios de Funcionamento Integrado: sistema em que as funções de coleta e armazenamento de energia solar são realizadas dentro do mesmo dispositivo.
O sistema de aquecimento solar ( SAS) Regras importantes no termossifão Perda de Carga Normalmenteusa-setubosde22mm(3/4")eminstalaçõesdeaté8 m 2 e28mmparainstalaçõesacimadisso,atéumlimitede12m 2.
O sistema de aquecimento solar ( SAS) Regras importantes no termossifão Perda de Carga Um sistema ainda terá fluxo de água mesmo que a perda de pressão (perda de carga) na tubulação seja alta A diferença é que o termossifão passa a operar a temperaturas cada vez mais altas Um sintoma desse tipo de problema é um sistema que, ao final do dia, sem que a água tenha sido usada durante o período, apresenta uma pequena quantidade de água muito quente no topo do RT enquanto o resto é água fria.
O sistema de aquecimento solar ( SAS) Regras importantes no termossifão Perda de Carga
O sistema de aquecimento solar ( SAS) Regras importantes no termossifão Perda de Carga Lista de materiais - cobre Item Desc. Qtde Tubo 22mm 8,7m Cotovelo 90º 22mm 2 Curva 45º 22mm 2 Tê 22mm 1 Comprimento real: Alimentação: 5,2m Retorno: 3,5m Comprimento equivalente: 2 cotovelos 90º = 2 x 1,2m = 2,4m 2 curvas 45º = 2 x 0,5 = 1m 1 tê passagem lateral = 2,4m Comprimento Total = 15,3m
O sistema de aquecimento solar ( SAS) Regras importantes no termossifão Sifão e pontos de acumulos de ar Ponto de formação de bolhas de ar
O sistema de aquecimento solar ( SAS) Regras importantes no termossifão Sifão e pontos de acumulos de ar Sifão não prejudicial ao escoamento
O sistema de aquecimento solar ( SAS) Princípios de Funcionamento - Forçada
O sistema de aquecimento solar ( SAS) Princípios de Funcionamento - Forçada presilha reservatório térmico presilha coletor solar sensor frio sensor quente retorno para o reservatório saída para os coletores
O sistema de aquecimento solar de piscinas Princípios de Funcionamento - Forçada
Casos de Sucesso
Casos de Sucesso Setorial Distribuição do mercado brasileiro de aquecimento solar em 2006 Setor Mercado Solar (%) Residencial Casas Residencial Apartamentos Piscinas Indústrias Comercial e Institucional 66 6 17 2 9 Fonte: ABARVA Distante da saturação Desenvolvimento
Casos de Sucesso Setor residencial unifamiliar
Casos de Sucesso Setor residencial unifamiliar de interesse social
Casos de Sucesso Setor residencial multifamiliar
Casos de Sucesso Setor residencial multifamiliar
Casos de Sucesso Setor residencial multifamiliar
Casos de Sucesso Setor residencial multifamiliar
Casos de Sucesso Setor residencial multifamiliar
Casos de Sucesso Setor hoteleiro
Casos de Sucesso Setor comercial SENAC- Santo Amaro-SP 6000 litros
Casos de Sucesso Setor industrial Natura 35.000 litros a 60oC 574 m 2 de coletores
Casos de Sucesso Setor industrial REDUC- Petrobrás 39.3000 litros a 60oC 652 m 2 de coletores
Casos de Sucesso Aquecimento solar de piscinas Alphaville Tênis Clube 650 m 2 de coletores
Casos de Sucesso Aquecimento solar de piscinas Minas Tênis Clube 850 m 2 de coletores Contrato de Performance
Coletores Solares Integração Arquitetônica Área instalada 3.000 m 2 Volume aquecido 4.500.000 litros Local Alemanha
Coletores Solares Integração Arquitetônica Área instalada 295 m 2 Local Alemanha
Coletores Solares Integração Arquitetônica Área instalada 63 m 2 Local França
Coletores Solares Integração Arquitetônica Área instalada 90 m 2 Local Áustria
Coletores Solares Integração Arquitetônica Cor αs Preta: 0.94 Azul: 0.83 Vermelha: 0.75 Cinza: 0.27 Verde: 0.81
Coletores Solares Integração Arquitetônica Local Áustria
Coletores Solares Integração Arquitetônica Local Áustria
Coletores Solares Integração Arquitetônica
Coletores Solares Integração Arquitetônica
Coletores Solares Aquecimento Distrital
Benefícios e Impactos Porque os aquecedores solares?
Aquecimento de água O chuveiro elétrico 1,4 Número de chuveiros por residência 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 1,17 1,10 1,04 0,91 0,55 0,02 N NE CO SE S Brasil ~27 milhões de chuveiros instalados (2005)
O aquecimento de água 24% Setor Residencial 25% Aquecimento de água 8% Energia do Brasil Aquecimento de Água Residencial (PPH Procel / Eletrobras 2005) 78% Aquecedor Elétrico (99,7 % Chuveiro Elétrico) 6% Gás 14% Não utilizam
O aquecimento de água Entre 18 a 25% da demanda máxima de potência do sistema elétrico Data: 23/11/2006 - Fonte: ONS Fonte: PROCEL (PPH 2005)
O aquecimento de água Deficit Habitacional X Infra Estrutura Elétrica 7,9 milhões de residências 7,9 milhões de aquecedores solares O Brasil economizaria uma usina de 6.950 MW Que Custaria 20 Bilhões de Reais; Deixaria de Alagar 884.800.000 m 2 Evitando a emissão anual de 1.300.000 de toneladas de CO 2
O aquecimento de água COM AQUECIMENTO SOLAR SEM AQUECIMENTO SOLAR Consum o de Energia: 81 kwh/mês Redução Co nsumo Energia: 44% Consumo de Energia: 145 kwh/mês Tarifa de Energia: R$ 0,344 18 Taxa iluminação pública: R$ 3,63 Tarifa de Energia: R$ 0,491685 Capacidade Emerge ncial: R$ 1,32 Taxa iluminação pública: R$ 10,90 Custo médio total: R$ 32,08/mê s Capacidade Emergencial: R$ 1,32 Aumento renda familiar: R$ 51,43/mês Custo médio total: R$ 83,51/mês
O aquecimento de água geração transmissão Sistema complexo Sistema Simples energia solar distribuição Aquecedor solar kw e chuveiro elétrico Chuveiro ou ducha calor Água aquecida
O Panorama do Setor Um mercado que cresce em todo o mundo
Mercado Mundial Aquecedores solares tecnologia mundial 45 países 159 milhões de m 2 de coletores solares instalados: 110 GWth de potência nominal térmica instalada; Produção de 66.406 GWh de energia; Redução da emissão de 29,3 milhões de toneladas de CO2.
Mercado Mundial Aquecedores solares tecnologia mundial Área Coletora Área Coletora Paises m2 Paises m2 China 75.000.000 Canada 723.124 Estados Unidos 29.141.546 Holanda 620.400 Turquia 9.000.000 Italia 533.000 Alemanha 7.401.000 Dinamarca 350.240 Japao 6.999.449 Portugal 285.800 Australia 5.150.000 Suecia 278.825 Israel 4.800.000 Reino Unido 201.160 Grecia 3.047.200 Tunisia 143.000 Austria 3.008.612 Polonia 122.740 Brasil 2.700.468 Belgica 101.783 Taiwan 1.425.700 Nova Zelandia 93.950 India 1.250.000 Barbados 77.232 França 913.868 Rep Thceca 65.550 Espanha 796.951 Hungria 37.700 Chipre 784.000 Albania 32.680 Africa do Sul 781.500 Noruega 13.500 Mexico 728.644 Finlandia 10.380 Área de coletores instalada nos diferentes países do mundo
Mercado Mundial Aquecedores solares tecnologia mundial Potência Solar Per Capita Potência Solar Per Capita Paises KWth por 1000 Habitantes Paises KWth por 1000 Habitantes Chipre 657,00 Suécia 17,63 Israel 498,00 NovaZelândia 15,92 Austria 205,36 Holanda 13,21 Barbados 200,49 Espanha 12,95 Grécia 191,82 Brasil 10,14 Turquia 86,07 Tunisia 9,91 Australia 59,15 França 9,24 Alemanha 56,30 Eslovaquia 8,32 Dinamarca 42,32 Albania 7,31 Taiwan 41,58 Italia 6,23 China 39,90 Estados Unidos 5,21 Japao 38,25 Macedonia 5,16 Eslovenia 37,83 Belgica 4,60 Suiça 35,60 Republica Tcheca 4,49 Malta 33,71 Africa do Sul 3,54 Luxemburgo 20,17 Hungria 2,42 Portugal 19,06 Reino Unido 2,36 Potência de aquecedores solares Per Capita em diferentes países
O mercado brasileiro de aquecedores solares Faturamento de 300 milhões em 2007
Economia de Energia e Potência Somente no ano de 2007, foram economizados no Brasil com o aquecimento solar cerca de 620 GWh, energia suficiente para abastecer 350.000 residências brasileiras consumindo cerca de 145 kwh por mês. Além das economias diretas obtidas pelos consumidores, os Além das economias diretas obtidas pelos consumidores, os impactos econômicos podem ser extrapolados para todo o país. O aquecimento solar já economizou para o Brasil e seus cidadãos 1,94 bilhão de reais, recursos equivalentes e bem conservadores, necessários à construção de uma usina hidrelétrica de 645 MW.
Penetração Os quase 730.000 domicílios brasileiros que já usam o aquecedor solar representam, entretanto, apenas 1,48% de todos os domicílios do país Para entendermos o potencial do aquecimento solar no Brasil basta dizer que somente 1,48 % de todas as casas possuem a tecnologia. Em Israel, onde o aquecimento solar é item obrigatório em todas edificações do país, em 20 anos, 90% das residências se converteram para o aquecedor solar. Se tomarmos este numero como referência, certamente um número ambicioso (mas necessário), até 2030 o Brasil teria uma quantidade de coletores solares para aquecimento de água equivalente a um parque de usinas de 40.000 MW, ou seja, o equivalente a 30 usinas nucleares como Angra, 300 três Marias ou ainda 3 Itaipus.
Projetando uma instalação de aquecimento solar passo a passo
Roteiro Projetos de Sistemas de Aquecimento Solar CB55 - ABNT ABRAVA sedia a CB55 e através do programa NORMASOL vem revisando criando as normas do setor de aquecimento solar; NBR 15569 Norma estabelece os requisitos para o sistema de aquecimento solar (SAS), considerando aspectos de concepção, dimensionamento, arranjo hidráulico, instalação e manutenção, onde o fluido de transporte é a água;
Roteiro Projetos de Sistemas de Aquecimento Solar As melhores oportunidades para economizar energia e água são obtidas ainda na fase de design e projeto das edificações. É geralmente neste estágio quando decisões fundamentais são tomadas no que diz respeito ao conceito energético da edificação, seu funcionamento e componentes. Decida antecipadamente pelo aquecimento solar, para que todos os profissionais envolvidos na obra possam contribuir para o melhor desempenho da instalação solar; Contexto Programa de Certificação Energética de Edificios do INMETRO Green Buildings Tendência de obrigar o uso de tecnologias sustentáveis
Roteiro Projetos de Sistemas de Aquecimento Solar
Roteiro Projetos de Sistemas de Aquecimento Solar Documentação do projeto ( NBR 15569) A documentação do projeto deve contemplar no mínimo os seguintes elementos: premissas de cálculo; dimensionamento; fração solar; memorial descritivo; volume de armazenamento; pressão de trabalho; fontes de abastecimento de água; área coletora; ângulos de orientação e de inclinação dos coletores solares; estudo de sombreamento; previsão de dispositivos de segurança; massa dos principais componentes; 1.considerações a respeito de propriedades físico-químicas da água;
Roteiro Projetos de Sistemas de Aquecimento Solar Documentação do projeto ( NBR 15569) A documentação do projeto deve contemplar no mínimo os seguintes elementos: localização, incluindo endereço; indicação do norte geográfico; planta, corte, isométrico, vista, detalhe e diagrama esquemático, necessários para perfeita compreensão das interligações hidráulicas e interfaces dos principais componentes; esquema, detalhes e especificação para operação e controle de componentes elétricos (quando aplicável); especificação dos coletores solares e reservatórios térmicos; especificação de tubos, conexões, isolamento térmico, válvulas e moto bomba; tipos e localização de suportes e métodos de fixação de equipamentos, quando aplicável;
Roteiro Projetos de Sistemas de Aquecimento Solar Formulários Planilha de Simulação NBR 15569
Roteiro Projetos de Sistemas de Aquecimento Solar Formulários Planilha SIMSOL Solicitante Data Cliente Contato Endereço CEP Bairro Cidade UF Dados Telefone/Fax E-mail Pontos de consumo Características da Obra Observações: Chuveiro Lavabo Ducha Higiênica Hidromassagem Cozinha Nº de pavimentos Nº de aptos N Ocupantes / Apto/ Casa Serviços Não existe e será parte integrante do projeto Em construção Já existe Circuito Hidráulico Cobre CPVC PEX aço galvanizado outros: de Água Quente Pressão de Trabalho: m.c.a ou kgf/cm 2 Características do Local da Instalação Anexe um croqui geral da obra indicando o local da instalação, a inclinação Indique se existe sombreamento no local de instalação com o dia e a hora do local de instalação dos coletores e a direção do norte magnético ou em que for observado. geográfico. Exemplo: 15% de área sombreada as 08:00 do dia 5 de março e 10% sombreado as 17:00 horas do mesmo dia. Observações: Dados da Obra Aquecimento Atual Bomba de Calor Diesel Elétrico GLP GN Outros: Potência: Obs: informar unidades de potência do equipamento, consumo e tarifa do combustível. Volume: Marca/Modelo Tipo de Tarifação Valor da Tarifa: Informe o consumo de combustível ou energia elétrica e se possível envie contas em anexo (ex: kwh, kg de GLP, etc) Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Obs: Caso a opção de back up seja igual ao aquecimento atual, não há necessidade de preencher o quadro abaixo novamente Marca/Modelo Opção de Backup para o Bomba de Calor Diesel Elétrico Aquecimento Solar GLP GN Outros: kwh kg GLP m 3 GN Litro de Diesel Outro Tarifação local Aquecimento Auxiliar
Roteiro Demanda diária de água quente Demanda diária de água quente: xx NBR 7198 Bom senso Experiência Protocolos de medição e verificação O objetivo do dimensionamento é determinar qual é a área coletora e o volume do sistema de armazenamento necessário para atender à demanda de energia útil de um determinado perfil de consumo.
Roteiro Demanda diária de água quente 1- Quais os pontos de consumo de AQ? 2- Qual a vazão prevista ou em uso? 3- Qual o tempo médio de uso? 4. Qual o número de usuários? 5. Qual a freqüência de uso? 6. Qual a temperatura de consumo?
Roteiro Demanda diária de energia L mês =ρ Vmês 1000 c p (T banho 3600 T amb ) [ kwh/mês] onde ρ : densidade da água, considerada igual a 1000kg/m3 Vmês : volume de água quente requerido por mês, em litros c p : calor específico da água a pressão constante igual a 4,18 kj/kg C T banho : temperatura da água quente T amb : temperatura ambiente local
O Recurso Solar
Radiação Solar O Sol
Radiação Solar Constante Solar Define-se a constante solar (GSC) como a energia incidente por unidade de tempo e área, em uma superfície instalada fora da atmosfera da Terra, de modo a receber os raios solares com incidência normal
Radiação Solar Radiação Solar Global Diária G = G B + G D Radiação solar direta (GB): definida como a fração da irradiação solar que atravessa a atmosfera terrestre sem sofrer qualquer alteração em sua direção original. Radiação difusa (GD): refere-se à componente da irradiação solar que, ao atravessar a atmosfera, é espalhada por aerossóis, poeira, ou mesmo, refletida pelos elementos constituintes dessa atmosfera Radiação Global = Radiação Direta + Radiação Difusa
Radiação Solar Radiação Solar Global Diária
Radiação Solar Menor média anual de irradiação solar no Brasil (SC) é cerca de 30% acima da maior média de irradiação anual da Alemanha (Um dos lideres do mercado Europeu nesse segmento) Alemanha SE Brasil NE Brasil Fonte: CEPEL, 2006
Radiação Solar Se fosse toda coberta por energia solar, a superfície da cidade de São Paulo (1524 km2), seria capaz de produzir mais de 50% de todo o consumo de energia elétrica do Brasil Alemanha SE Brasil NE Brasil Fonte: CEPEL, 2006
Geometria Solar
Geometria Solar Angulos solares Qual radiação solar incide nos diferentes telhados da casa? Localidade Angulos solares Sombreamento
Geometria Solar Posicionando corretamente os coletores Posicionar corretamente os coletores solares visa promover: maior período diário de insolação sobre a bateria de coletores; maior captação da radiação solar em determinadas épocas do ano ou em maior captação da radiação solar em determinadas épocas do ano ou em médias anuais, dependendo do tipo de aplicação requerida ou de particularidades do uso final da água quente.
Geometria Solar Latitude e Longitude Latitude Geográfica (φ) corresponde à posição angular em relação à linha do Equador, considerada de latitude zero. Cada paralelo traçado em relação ao plano do Equador corresponde a uma latitude constante: positiva, se traçada ao Norte e negativa, se posicionada ao sul do Equador. Os Trópicos de Câncer e de Capricórnio correspondem às latitudes de 23 o 27 ao Norte e ao Sul, respectivamente, compreendendo a região tropical. Longitude geográfica (L) é o ângulo medido ao longo do Equador da Terra, tendo origem no meridiano de Greenwich (referência) e extremidade no meridiano local. Na Conferência Internacional Meridiana foi definida sua variação de 0o a 180o (oeste de Greenwich) e de 0 o a 180 o (leste de Greenwich). A Longitude é muito importante da determinação dos fusos horários e da hora solar. Altitude (Z) equivale à distância vertical medida entre o ponto de interesse e o nível médio do mar.
Geometria Solar Latitude e Longitude
Geometria Solar Localidades Produção de Energia x Clima - Coletor Vertica KPU-5 ( 1,72m²) Produção Energia (kwh/mês) 180,0 160,0 140,0 120,0 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 0,0 Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Salvador Belo Horizonte São Paulo Curitiba
Geometria Solar Declinação Solar Para o perfeito entendimento do movimento relativo entre a Terra e o Sol, recomenda-se a alteração do sistema de coordenadas para as coordenadas equatoriais. Neste caso, o movimento é feito em torno de eixos paralelos ao eixo de rotação e ao Equador, sendo uma de suas coordenadas a declinação solar (δ ). ( Planilha) δ = 23, 45 o 284+ d sen 2π 365
Geometria Solar Garantir que o coletor solar enxergue o Sol por mais horas
Geometria Solar Declinação Solar Planilha
Geometria Solar Inclinação
Geometria Solar Orientação
Geometria Solar Usando a bússola Capital Declinação magnética (em graus) Porto Alegre -14,74 Florianópolis -17,46 Curitiba -17,3 São Paulo -19,6 Belo Horizonte -21,5 Rio de Janeiro -21,4 Vitória -22,8 Salvador -23,1 Aracaju -23,1 Maceió -22,9 Recife -22,6 João Pessoa -22,4 Natal -22,1 Fortaleza -21,6 Teresina -21,4 São Luis -20,7 Belém -19,5 Macapá -18,5 Palmas -19,9 Manaus -13,9 Boa Vista -14,0 Porto Velho -10,6 Rio Branco -7,34 Goiânia -19,2 Cuiabá -15,1 Campo Grande -15,2 Brasília -20,0
Geometria Solar Orientando corretamente
Geometria Solar Inclinando corretamente Critério 1 Média anual: Neste caso, a média aritmética calculada a partir das inclinações ótimas nos respectivos solstícios de verão e inverno, coincide com a própria latitude da localidade de interesse, ou seja : βfixa = lφl onde φ é a latitude local. Critério 2 Favorecimento do Inverno: Este critério é muitas vezes aplicado devido à maior demanda de água quente no período de inverno. Neste caso, recomenda-se: βfixa = lφl + 10 onde φ é a latitude local. Critério 3 Períodos de pico de demanda de água quente: Como, por exemplo, o aquecimento solar de água para hotéis na região nordeste do Brasil. Na maioria dos casos, a alta temporada coincide com os meses de verão, portanto o projeto solar deverá contemplar essa especificidade.
O coletor solar Quanta energia ele vai produzir?
Coletores Solares Produzindo energia Quanto de energia o coletor vai produzir? Ensaios de Etiquetagem e curvas de eficiencia
Coletores Solares Fluxos de energia
Coletores Solares Balanço de energia Q absorvido =τ c α p GA Q perdas = U L A( T p T amb ) U = U + U + U L topo base laterais Q util = A [ τ α G U c p L ( T p T amb )] η= A A ext F R τ c α p F R U L ( T fi G T amb )
Coletores Solares Curvas de eficiencia 80 70 Fr(tα) 60 Eficiência(%) 50 40 FrUL 30 Coletor fechado 20 10 0 Coletor aberto 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 η = A A transp ext F R τ v ( Te -Tam b )/G α p - F R U L ( T fi - T amb) G
Coletores Solares Curvas de eficiencia
Coletores Solares Tabela do Inmetro
Roteiro Quantos coletores utilizar? Contrariamente ao critério de dimensionamento para os equipamentos convencionais, os sistemas de aquecimento solar não são dimensionados para as condições extremas ( inverno, baixa radiação solar, máxima ocupação,etc) de certos dias do ano, mas sim para as necessidades energéticas médias anuais. Para este tipo de tecnologia não se considera a ponta máxima previsivel do consumo energético, mas o balanço médio anual.
Fração Solar Economia e Viabilidade
Fração Solar Economia Fração solar parcela de energia requerida para aquecimento da água que é suprida pela energia solar, em média anual 30 % de energia convencional 70 % de fração solar térmica
Fração Solar Economia Fração solar Area coletora
Cuidados de Projeto
Cuidados de projeto Condições de Instalação Espaço, Fixação, Sombreamento Hidráulica Circulação e Balanceamento Automação Solar, Apoio, Anel, etc Viabilidade Econômica Economia
Cuidados de projeto Espaço disponível
Cuidados de projeto Resistência estrutural O SAS e a estrutura de apoio, incluindo os componentes da edificação, devem resistir a: peso próprio do coletor solar, componentes e reservatório térmico em regime de trabalho; sobrecargas (incluindo vento); expansão e contração térmica.
Cuidados de projeto Estruturas de apoio Se o ponto de fixação do coletor solar e seu suporte forem feitos de metais diferentes, eles devem ser isolados de forma a impedir a eletro-corrosão. Suportes estruturais devem ser fixados de forma a resistir às agressões do ambiente e cargas como vento, tremores, chuva, neve e gelo, de tal forma que o sistema não prejudique a estabilidade da edificação. Os suportes devem ser instalados de modo que não ocorram danos nos coletores solares devido à dilatação térmica. O SAS e seus componentes não devem comprometer o escoamento de água, a impermeabilização da cobertura e a resistência estrutural.
Cuidados de projeto Estruturas de apoio
Cuidados de projeto Sombreamento Os coletores solares devem ser instalados de forma a evitar locais sujeitos à sombra (vegetação, edificações vizinhas, outros coletores solares, reservatórios térmicos, elementos arquitetônicos etc). d = h x k Latitude ( ) 5 0-5 - 10-15 - 20-25 - 30-35 k 0,541 0,433 0,541 0,659 0,793 0,946 1,126 1,347 1,625
Cuidados de projeto Sombreamento
Cuidados de projeto Sombreamento 22 de março Equinócio de outono
Cuidados de projeto Arranjo de coletores O arranjo hidráulico de coletores solares deve considerar a perda de eficiência térmica do SAS e assegurar adequado equilíbrio hidráulico.
Cuidados de projeto Arranjo de coletores associação em paralelo 22ºC 22ºC 22ºC 22ºC 15ºC 15ºC 15ºC 15ºC Máximo Recomendado: 5 a 6 coletores por bateria
Cuidados de projeto Arranjo de coletores associação em série Eficiência Instantânea 22ºC 28ºC 33ºC 37ºC 15ºC 22ºC 28ºC 33ºC Máximo Recomendado: 3 associações dt/g
Cuidados de projeto Arranjo de coletores associação mista Balanceamento Hidráulico B A
Cuidados de projeto Arranjo de coletores associação mista Balanceamento Hidráulico B A
Cuidados de projeto Arranjo de coletores associação mista Balanceamento Hidráulico
Cuidados de projeto Vazãodo fluido de trabalho O valor da vazão total de operação (Q o ) do circuito primário é calculado em função da associação das baterias de coletores solares. Adota-se, para o cálculo, o valor da vazão de teste de eficiência dos coletores solares para banho (72 litros por hora por m²)*, devendo-se ainda determinar a área útil (A u ) da(s) bateria(s) de coletores interligados em paralelo que recebe o fluido de trabalho diretamente da bomba hidráulica;
Cuidados de projeto Vazão do fluido de trabalho
Cuidados de projeto Vazão do fluido de trabalho
Cuidados de projeto Vazão do fluido de trabalho
Cuidados de projeto Dimensionamento da tubulação Diâmetro Velocidades máximas Vazões máximas (mm) (pol) m/s l/hora 15 1/2 1,6 720 22 3/4 1,95 2.160 28 1 2,25 4.320 35 1.1/4 2,50 9.000 42 1.1/2 2,50 14.400 54 2 2,50 20.520 66 2.1/2 2,50 32.040 79 3 2,50 43.200 104 4 2,50 64.800 De acordo com a norma NBR 5626-98, a velocidade máxima da água nas tubulações não deve ultrapassar 3 m/s.
Cuidados de projeto Dimensionamento da Bomba A motobomba deve ser capaz de suportar os fluidos na máxima temperatura encontrada no SAS e ser instalada para trabalhar afogada e de maneira a prover o acesso a serviços ou substituição.
Cuidados de projeto Isolamento térmico Isolamento Térmico - Polietileno Expandido Diâmetro da tubulação (mm) Espessura do Isolamento (mm) D 22 5 22 > D 66 10 D > 66 20 Tubos, conexões e acessórios devem ser capazes de suportar os fluidos nas máximas temperaturas e pressão encontradas no SAS sem apresentar vazamentos, deformações ou degradação excessiva e devem ser conforme Normas Brasileiras aplicáveis. A tubulação e seus acessórios devem ser dimensionados para transportar o fluido de trabalho nas vazões de projeto sem excessivo ruído ou vibração, o que pode induzir altos níveis de tensões mecânicas suficientes para causar danos.
Cuidados de projeto Arranjo de reservatórios térmicos
Cuidados de projeto Interligação reservatórios térmicos e sistema auxiliar
Cuidados de projeto interligação reservatórios térmicos e sistema auxiliar
Cuidados de projeto Aquecimento Solar Indireto
Analise Econômica Comparativo de Consumo de GN Estimado 14000,00 12000,00 Consumo GN (m³) 10000,00 8000,00 6000,00 4000,00 2000,00 0,00 Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez GN (m³) 10728,24 9610,16 10580,87 10981,14 11582,96 11808,29 12496,63 12467,16 11694,20 11612,43 10895,57 11140,86 Solar + GN (m³) 3175,08 2366,78 2646,42 3965,73 5123,62 5575,16 5564,95 4891,43 4007,63 3638,80 3299,55 4111,45
Analise Econômica Custo Operacional Estimado Alternativa Memória de Cálculo Resultado GN (Demanda Energética / PCI / Eficiência do Aquecedor) x 12 meses = 50.000 m 3 Solar + GN (Demanda Energética / PCI / Eficiência do Aquecedor) x (1 - Fração Solar) x 12 meses = 18.000 m 3 Economia Anual Estimada (GN) (Solar + GN) 32.000 m3 (64,0%)
Tópico Especial Esquemas hidráulicos
Tópico Especial Esquemas hidráulicos
Cidades Solares Projetando para o futuro
A idéia das Cidades Solares Cidades Solares é uma iniciativa do Departamento Nacional de Aquecimento Solar (DASOL), da ABRAVA Associação Brasileira de Refrigeração, Ar Condicionado, Ventilação e Aquecimento em conjunto com o Vitae Civilis, ONG sócioambiental, e tem como objetivo principal incentivar a mobilização da sociedade no Brasil através de ações que sensibilizem os poderes públicos municipais para a criação de leis de incentivo ao uso de aquecimento solar.
A evolução das Cidades Solares Projetos de leis solares 60 50 49 40 30 20 10 0 0 0 0 9 3 4 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 ano
A evolução das Cidades Solares Cidades com Leis Solares Aprovadas 14 12 12 10 8 6 4 4 2 1 2 2 2 2 0 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 Ano
Políticas públicas para o incentivo à energia solar Obrigação legal de instalação ou preparação da instalação Medidas de apoio: campanhas públicas, educação ambiental, capacitação,etc Incentivos fiscais Subsídios: prêmios e linhas especiais de crédito Todas políticas estão integradas
Políticas públicas para o incentivo à energia solar Obrigação legal de instalação ou preparação da instalação Israel Obrigatório desde 1980 ( + 90% das residências usam aquecedores solares) * Aquecimento solar em um pais onde há intensa escassez de água
Políticas públicas para o incentivo à energia solar Obrigação legal de instalação ou preparação da instalação Barcelona (1999) 53 cidades espanholas (2001) Código Nacional de Edificações ( 2006)
Políticas públicas para o incentivo à energia solar Obrigação legal de instalação ou preparação da instalação Portugal em 2005 Cidades da Itália, França, etc; Alemanha em 2009 Cidade do México Cidades da China, Índia, Austrália, Nova Zelândia,etc
Políticas públicas para o incentivo à energia solar Obrigação legal de instalação ou preparação da instalação no Brasil Cidades: Varginha(MG) São Paulo (SP), Peruíbe(SP), Avaré(SP). Juiz de Fora (MG) e Birigui* (SP); Obrigação legal em novas edificações *Obrigação em habitações de interesse social Estados: São Paulo e Rio de Janeiro; Obrigação nos novos prédios públicos
Políticas públicas para o incentivo à energia solar Incentivos Fiscais Campina Grande (PB) Desconto no IPTU Belo Horizonte(MG) e Campinas(SP) Retirar o aquecedor solar como item de luxo no cálculo do IPTU
Políticas públicas para o incentivo à energia solar Medidas de apoio e incentivo Porto Alegre (RS) Lei que cria programa municipal de incentivos a energia solar Salvador (BA) Decreto que cria grupo de trabalho solar COELBA Solar
Da urgência da ação A cidade que (re)construimos hoje definirá nosso compromisso futuro com a sustentabilidade do Planeta; Assim como a infra-estrutura, as edificações têm vida útil Assim como a infra-estrutura, as edificações têm vida útil de várias décadas e a demanda por água, energia e serviços ambientais estabelecidos quanto da definição do projeto e de sua implantação acontecerá ao longo de toda a vida útil das obras.