CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO TECNOLÓGICA DE
ENERGIAS RENOVÁVEIS
RELATÓRIO DE PROJECTO
PROJECTO DE UM SISTEMA SOLAR TÉRMICO PARA UMA
HABITAÇÃO DE ACORDO COM O RCCTE
Ion Gordiciuc
Orientação: Prof. Delmar Ferreira Jorge
Relatório apresentado na AFTEM com vista a aprovação à Unidade
Curricular de Energias Renováveis do Curso de Especialização
Tecnológica de Energias Renováveis
Ermesinde, Outubro de 2010
Projecto de um Sistema Solar Térmico para uma
Habitação de Acordo com o RCCTE
Sumário
O presente projecto tem três motivos ou razões principais pelos que decidimos
instalar um sistema solar térmico:
•
Conseguir um benefício económico aproveitando a energia que chega
gratuitamente ao lugar de consumo.
•
Minimizar a degradação do Ambiente, usando energias limpas e não
poluentes.
•
Diminuir a dependência das fontes convencionais de energia, conseguindo
uma maior comodidade.
O presente projecto contemplará uma solução técnica de boa relação preço
qualidade que por sua vez trará um PAYBACK aceitável e perfeitamente enquadrado
nas necessidades energéticas e financeiras do cliente.
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Projecto de um Sistema Solar Térmico para uma
Habitação de Acordo com o RCCTE
Agradecimentos
Cumpre aos autores deste relatório agradecer a todos aqueles que de alguma
forma contribuíram para a realização deste trabalho, nomeadamente, ao Professor
Delmar Jorge a confiança que depositou em nós, propondo-nos este trabalho, e a
disponibilidade que sempre teve na sua orientação e o apoio demonstrado no decorrer
da realização deste trabalho.
Agradecemos ainda à AFTEM (Associação para a Formação Tecnologica de
Engenharia Mecânica e Materiais) por ter criado as condições para a concretização deste
projecto.
Finalmente, agradecemos a todos os amigos e colegas que nos apoiaram no
desenvolvimento deste trabalho e aos nossos pais e irmãos e por tudo o que fazem por
nós.
3
Projecto de um Sistema Solar Térmico para uma
Habitação de Acordo com o RCCTE
Conteúdo
Sumário............................................................................................................................. 2
Agradecimentos ................................................................................................................ 3
1
Introdução ................................................................................................................. 7
1.1
2
Objetivos ............................................................................................................ 8
Dimensionamento do Sistema Solar Térmico. ......................................................... 9
2.1
Postos fortes do projecto .................................................................................... 9
2.2
Determinação de necessidades ......................................................................... 10
2.3
Determinação do acréscimo de energia para compensar as perdas: ................ 10
2.4
Determinação do custo de funcionamento quando as necessidades são
satisfeitas à custa de fontes de energia convencionais ............................................... 10
2.5
3
Calculo da Área de Captação ........................................................................... 11
Orientação e Inclinação dos Painéis Solares: ......................................................... 12
3.1
Esquema da Instalação ..................................................................................... 13
3.2
Memória descritiva .......................................................................................... 14
3.3
Instruções de Montagem .................................................................................. 15
3.4
Mapa de prazos de execução ........................................................................... 15
3.5
Plano de Manutenção ....................................................................................... 16
3.6
Desenhos .......................................................................................................... 17
4
Conclusão ............................................................................................................... 21
5.
Bibliografia ............................................................................................................. 22
4
Projecto de um Sistema Solar Térmico para uma
Habitação de Acordo com o RCCTE
Lista de Figuras
Figura 1 – Habitação......................................................................................................... 8
Figura 2 – Funcionamento de equipamento. .................................................................. 13
Figura 3 – Painel solar térmico. ...................................................................................... 17
Figura 4 – Cilindro 300L. ............................................................................................... 18
Figura 5 – Bomba de circulação 3 l. ............................................................................... 18
Figura 6 – Vaso de expansão. ......................................................................................... 18
Figura 7 – Abraçadeiras. ................................................................................................. 19
Figura 8 – Cabo electrico................................................................................................ 19
Figura 9 – Disjuntor 16A. ............................................................................................... 20
Figura 10 – Tubo multicamada. ...................................................................................... 20
Figura 11 – Válvula anti retorno. ................................................................................... 20
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Projecto de um Sistema Solar Térmico para uma
Habitação de Acordo com o RCCTE
Lista de Tabelas
Tabela 1. Inclinação dos painéis ..................................................................................... 12
Tabela 2. Equipamento utilizado .................................................................................... 14
Tabela 3. Prazos de entrega. ........................................................................................... 15
Tabela 3. Plano de manutenções..................................................................................... 16
6
Projecto de um Sistema Solar Térmico para uma
Habitação de Acordo com o RCCTE
1 Introdução
O presente projecto foi elaborado garantindo os cumprimentos da legislação
aplicável, nomeadamente:
Decreto-Lei n.o 78/2006 de 4 de Abril
A Directiva n.o 2002/91/CE, do Parlamento Europeu e do Conselho,
de 16 de Dezembro, relativa ao desempenho energético dos edifícios,
estabelece que os Estados membros da União Europeia devem
implementar um sistema de certificação energética de forma a
informar o cidadão sobre a qualidade térmica dos edifícios, aquando
da construção, da venda ou do arrendamento dos mesmos, exigindo
também que o sistema de certificação abranja igualmente todos os
grandes edifícios públicos e edifícios frequentemente visitados pelo
público.
Decreto-lei n.o 79/2006 de 4 de Abril
O Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização em
Edifícios (RSECE) foi aprovado pelo Decreto-Lei n.o 118/98, de 7
deMaio, e veio substituir o Decreto-Lei n.o 156/92, de 29 de Julho,
que não chegou a ser aplicado e que visava regulamentar a instalação
de sistemas de climatização em edifícios. O RSECE procurava
introduzir algumas medidas de racionalização, fixando limites à
potência máxima dos sistemas a instalar num edifício para, sobretudo,
evitar o seu sobredimensionamento, conforme a prática do mercado
mostrava ser comum, contribuindo assim para a sua eficiência
energética, evitando investimentos desnecessários.
Decreto-Lei n.o 80/2006 de 4 de Abril
O Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos
Edifícios (RCCTE), aprovado pelo Decreto-Lei n.o 40/90, de 6 de
Fevereiro, foi o primeiro instrumento legal que em Portugal impôs
requisitos ao projecto de novos edifícios e de grandes remodelações
por forma a salvaguardar a satisfação das condições de conforto
térmico nesses edifícios sem necessidades excessivas de energia quer
no Inverno quer no Verão.
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Projecto de um Sistema Solar Térmico para uma
Habitação de Acordo com o RCCTE
1.1 Objetivos
Objetivo deste trabalho foi o dimensionamento um sistema solar térmico
para produção de água quente sanitária a utilizar na habitação representada na
Figura 1.
Figura 1 – Desenho em perspectiva da habitação.
A habitação apresenta as seguintes características:
Designação: Habitação familiar para 6 pessoas
Localização: Valongo
Posição cardeal: 41º08′N; 08º40′W
Orientação solar das fachadas: 60° SW 30°SE
Nº divisões: 9.
Área disponível para instalação dos painéis: 83m2
Optámos por uma instalação que utiliza um sistema de circulação forçada
complementado com um sistema de apoio.
Sabendo à priori que um sistema solar térmico não deve satisfazer 100%
das necessidades de água quente, pois o desperdício de energia em algumas
alturas do ano, sobretudo no verão, seria elevado. Assim, opámos por projectar
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Projecto de um Sistema Solar Térmico para uma
Habitação de Acordo com o RCCTE
um sistema que satisfaça 85% das necessidades no verão e 35% no inverno. O
projecto contemplará equipamentos Standards ou normalizados.
2 Dimensionamento do Sistema Solar Térmico.
A habitação é sita na cidade de Valongo e apresenta as seguintes
características:
Irradiação solar no Verão = 6,50 kWh/m2;
Irradiação solar no Inverno = 2,70 kWh/m2;
Temperatura da água da rede no Verão = 13,2ºC;
Temperatura da água da rede no Inverno = 6,5ºC;
Temperatura da água quente sanitária, TAQS = 45ºC;
Consumo total diário de água quente = 300 l;
Orientação = sul;
Facção solar no Verão e no Inverno, 85% e 35%, respectivamente;
Rendimento térmico da instalação, = 50%.
2.1 Postos fortes do projecto
A cobertura da habitação apresenta excelentes condições para a
instalação dos colectores solares;
Não existe qualquer sombreamento, visto que na área envolvente não
existem árvores nem edifícios com mais do que 1 piso, para além de se
encontrar num ponto geográfico com boas condições de disponibilidade
solar, em Portugal;
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Projecto de um Sistema Solar Térmico para uma
Habitação de Acordo com o RCCTE
Existem benefícios fiscais para a instalação do sistema solar em estudo,
e não se verificam quaisquer obstáculos que impeçam a concretização
deste projecto;
2.2 Determinação de necessidades
Analisando os dados, concluímos que a necessidade de
armazenamento de água se resume ao seguinte:
6 Habitantes
Usando como referência de consumo médio de 50L/pessoa temos:
6 x 50L = 300L de necessidade de acumulação.
2.3 Determinação do acréscimo de energia para compensar as perdas:
Cálculo das perdas no acumulador – Qperdas acumulador
Qperdas acumulador = UA (Tƒ + Ta) em que:
UA = 1,6W/K (valor de referência);
Tƒ = 45° (Temperatura de Consumo)
Ta = 13,5 ° (Temperatura média anual em Valongo)
Qperdas acumulador = 1,6 x (45° - 13,5°) = 50,4W (valor por hora)
Qperdas acumulador = 50,4W x 24h x 365 dias = 441,5 kWh (valor anual)
2.4 Determinação do custo de funcionamento quando as necessidades
são satisfeitas à custa de fontes de energia convencionais
Calculamos Energia Procurada (Q):
Q = M x Cp x ρH2O x (TAQS – ∆Tfria)
M = 300L (Consumo total de água quente em litros/dia)
Cp = 1,16x10-3 (Calor especifica de água)
ρH2O = masa volumica de água
TAQS = Temperatura de água de serviço em 0C;
Tfria = Temperatura de água fria de rede em 0C;
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Projecto de um Sistema Solar Térmico para uma
Habitação de Acordo com o RCCTE
Q no inverno:
Q = 300 x 1,16x10-3 x [45 – 6,5]= 13,398 kWh
Q no verão:
Q = 300 x 1,16x10-3 x [45 – 13,2]= 11,07 kWh
2.5 Calculo da Área de Captação
A fração solar no verão e no inverno foi ajustada para que a área de captação no
verão e no inverno seja equivalente.
A área de captação no inverno e no verão deve ser equivalente para que o sistema não
fique sob redimensionado no verão. Neste caso terá que ser considerado um sistema de
apoio que poderá ser elétrico.
Calculamos Superfície de captação:
S = (Fs.min x Q / ƞ x Qútil)
Fs.min – 0,575 factor solar minimo (inverno+ verao/2)
Ƞ - Rendimento energético da instalação (aproximadamente 50%)
Qutil – Energia útil disponivel (depende de latitude)
Superfície de captação no inverno:
S = (0,35 x 13,398)/0,5 x 2,7 ꞊ 3,47 m2
Superfície de captação no verão:
S = (0,85 x 11,07)/0,5 x 6,5 ꞊ 2,89 m2
Superfície de captação média:
S = (3,47 + 2,89) / 2꞊ 3,18 m2
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Projecto de um Sistema Solar Térmico para uma
Habitação de Acordo com o RCCTE
3 Orientação e Inclinação dos Painéis Solares:
A orientação dos painéis deve ser a orientação a sul. Relativamente à
inclinação dos painéis existem 3 possibilidades:
1. Utilização anual;
2. Utilização no Verão;
3. Utilização no Inverno.
Na Tabela 1 apresenta-se a inclinação ideal dos painéis solares em função do
tipo de utilização:
Tipo de Utilização
Inclinação
Anual
Latitude – 5º
Só no inverno
Latitude+ 15º
Só no verão
Latitude – 15º
Tabela 1. Inclinação dos painéis
A latitude do local das principais cidades Portuguesas, referida na Erro! A
origem da referência não foi encontrada., consta no Anexo IV do livro
“Praticas de Energia Solar Térmica”.
No caso deste projecto a habitação está localizada na cidade de Valongo e
pretende-se uma utilização anual, pelo que a inclinação do painel será a latitude
do local - 5ᵒ. Assim, atendendo a que a latitude da cidade de Valongo é de
41º08′N, e a longitude e de 08º40′W a inclinação ideal para o painel é de 36º.
Outra hipótese: Atendendo ao facto de que a habitação já está construída e a
inclinação do telhado é de 30º, optámos por adaptar esta inclinação para os
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Projecto de um Sistema Solar Térmico para uma
Habitação de Acordo com o RCCTE
painéis. Pensamos que esta solução é adequada por representar uma boa
integração do painel solar na arquitetura da habitação, garantindo também boas
condições de segurança no que respeita a más condições climatéricas.
Este desvio da inclinação do painel solar face ao valor ideal representa
perdas de eficiência térmicas consideradas insignificantes por diversos autores.
3.1
Esquema da Instalação
O esquema de instalação é representado na Figura 2:
Figura 2 – Esquema da instalação solar térmica.
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Projecto de um Sistema Solar Térmico para uma
Habitação de Acordo com o RCCTE
3.2 Memória descritiva
Na Erro! A origem da referência não foi encontrada. apresentamos uma
memória descritiva do projecto onde constam as principais características dos
componentes utilizados no projecto.
DESCRIÇÃO DO COMPONENTE
Qt
(Euros)
1
400,00 €
Colectores solares FKC-1S da Vulcano
Acumulador solar 1000L CV da
1
2.000,00 €
Vulcano
1
150,00 €
Estruturas p/ terraço 40/400 da Zantia
1
400,00 €
Grupo Hidráulico da DAB
30 m
2,00 €
Tubo de cobre em vara φ18
41 m
1,70 €
Tubo de cobre em vara φ12
2
4,00 €
Curvas de cobre para soldar φ18
20
3,00 €
Curvas de cobre para soldar φ12
1
8,00 €
Purgador automático 1/2"
1
30,00 €
Válvula de segurança 3 bar
2
30,00 €
Vaso de expansão 3L
3
3,00 €
Válvulas de corte de 3/4"
1
46,00 €
Válvula termoestática de 3/4"
1
200,00 €
Centralina BS-100 da Vulcano
20 m
1,20 €
Cabo XV 3G1,5mm
50 m
2,00 €
Cabo LiYCY 3x0,5
14 m
1,00 €
Tubo VD φ16
30
0,50 €
Abraçadeiras de clic φ16
20
2,00 €
Abraçadeiras para tubo de cobre φ18
60
1,50 €
Abraçadeiras para tubo de cobre φ12
30
2,00 €
Glicol
10 dias 320,00 €
MÃO DE OBRA (4 homens)
TOTAL
Tabela 2. Equipamento utilizado
14
TOTAL (€)
400,00 €
2.000,00 €
150,00 €
400,00 €
60,00 €
69,70 €
8,00 €
60,00 €
8,00 €
30,00 €
60,00 €
9,00 €
46,00 €
200,00 €
24,00 €
100,00 €
14,00 €
15,00 €
40,00 €
90,00 €
60,00 €
3.200,00 €
7.043,70 €
Projecto de um Sistema Solar Térmico para uma
Habitação de Acordo com o RCCTE
3.3 Instruções de Montagem
Para a montagem deste sistema recomendamos o procedimento seguinte:
1. Montar a estrutura suporte dos painéis solares na localização
predefinida.
2. Montagem do coletor solar.
3. Instalar os acumulados, central hidráulica, vaso de expansão, etc.
4. Instalar tubagem de água fria.
5. Instalar a tubagem de saída de água quente.
6. Instalar a tubagem do circuito.
7. Instalar os cabos elétricos e fazer as ligações necessárias.
8. Encher o circuito de água.
9. Elaborar uma memória descritiva da instalação com os procedimentos
de manutenção e reparação.
3.4 Mapa de prazos de execução
Jan-11
SEMANA 01 a 04
SEMANA 01 a 04
seg ter qua qui sex seg ter qua qui sex
TAREFAS
Montagem da estrutura metálica
Instalação dos colectores
Instalação dos acumuladores
Ligações Hidraulicas do circuito
primário
Ligações Hidraulicas do circuito
secundário
Ligações eléctricas
Enchimento do circuito primário
Arranque do sistema
Tabela 3. Prazos de entrega.
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Projecto de um Sistema Solar Térmico para uma
Habitação de Acordo com o RCCTE
3.5 Plano de Manutenção
Plano de manutenção
Manutenção
preventiva
Campo de
colectores
Circuito primário
Circuito secundario
Componentes
electricos
mensal trimestrial simestrial anual
Inspecção visual
Inspecção visual
Inspecção visual
X
Inspecção visual
X
X
X
X
X
X
X
Manutenção colectiva
Campo de
colectores
Circuito primário
reparação, substituição
reparação, substituição
Circuito secundario reparação, substituição
Componentes
reparação, substituição
electricos
Sempre que necessário
Tabela 4. Plano de manutenções.
O instalador devera entregar ao cliente um manual de instruções, em que deverá
constar um esquema para identificar cada elemento, bem como informações sobre o uso
da instalação e as operações de segurança, conservação e manutenção.
Os donos alem de efetuar habitualmente o arranque e paragem da instalação,
devera:
Comprovar periodicamente a preção do circuito, de preferência com o sistema
frio; se a pressão for baixa, deve contactar o instalador.
Manobrar a válvula de segurança para evitar que fique colada, pelo menos
trimestralmente.
Os responsáveis pela manutenção alem das operações de rotina atribuídas ao
dono, devera também:
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Projecto de um Sistema Solar Térmico para uma
Habitação de Acordo com o RCCTE
Verificar se o sistema tem ar, assegurando o seu enchimento e a pressurização
nominal, etc.
Comprovar-se-á também se as válvulas da instalação funcionam corretamente.
Comprovar se as sondas de temperatura funcionam corretamente e que o
controlo diferencial arranca e de o ∆T de arranque e de paragem são os
pretendidos.
Inspeções visuais para verificação de:
Isolamentos situados a intempérie,
Estado do campo de colectores (estanquicidade a chuva, vidros partidos,
deformação das caixas dos colectores, corrosões, fugas de fluido, etc.).
3.6 Desenhos
Figura 3 – Painel solar térmico.
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Projecto de um Sistema Solar Térmico para uma
Habitação de Acordo com o RCCTE
Figura 4 – Cilindro 300L.
Figura 5 – Bomba de circulação 3 l.
Figura 6 – Vaso de expansão.
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Figura 7 – Abraçadeiras.
Figura 8 – Cabo electrico.
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Figura 9 – Disjuntor 16A.
Figura 10 – Tubo multicamada.
Figura 11 – Válvula anti retorno.
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Projecto de um Sistema Solar Térmico para uma
Habitação de Acordo com o RCCTE
4 Conclusão
No fim do nosso projecto temos um sentimento de dever cumprido.
Conseguimos realizar os objectivos a que nos propusemos. Dimensionar um
sistema de aquecimento de água sanitária para uma habitação recorrendo ao
aproveitamento da energia solar.
As maiores dificuldades encontradas no decorrer do projecto foram a nível de
pesquisa dos componentes, uma vez que a informação disponível ainda não é
muita. Pensamos que grandes partes dos contratempos verificados foram devidos
a uma certa inexperiência de nossa parte em trabalhos desta natureza.
Penso que consegui realizar os objectivos a que me propus apesar das
dificuldades.
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Projecto de um Sistema Solar Térmico para uma
Habitação de Acordo com o RCCTE
5. Bibliografia
Delmar Ferreira Jorge, “Energias Renováveis”, AFTEM, 2008.
J.F.Mendes, J. Cruz Costa,“ Manual da Utilizaçao de Energia Solar em
Portugal”, LNETI,1981, LEM/DGC.
Tomás Perales Benito “Práticas de Energia Solar Térmica” 2009.
Energuia “Guia de Eficiencia Energetica nos Edificios” 4ª Ediçao Maio de
2010.
Tomás Perales Benito, Práticas de Energia Solar Térmica, Publindústria, 2010.
Energia Solar Térmica - Manual sobre Tecnologias, Projecto e Instalação,
Projecto GreenPro, 2004.
Eduardo Perez Lebena, Jorge Cruz Costa, Instalações Solares Térmicas, INETI,
2006.
Guia para Instaladores de Sistemas Solares Térmicos, Direcção Geral da
Geologia e Energia.
André Fernando Ribeiro de Sá, Guia de Aplicações de Gestão de Energia e
Eficiência Energética, 2.ª Edição, Publindústria, 2010.
Guia de eficiência Energética nos Edifícios, Publindústria, 2010.
Rui M. G. Castro, Energias Renováveis e Produção Descentralizada, 4.ª Edição,
IST, 2009.
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Anotações:
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