Desempenho energético no âmbito do aquecimento solar térmico para as condições de utilização recomendadas pelo RSECE/RCCTE

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

A presente dissertação consistiu no estudo do desempenho energético de dois sistemas solares – termossifão e circulação forçada – utilizados no Refeitório do ISEL no âmbito do aquecimento solar térmico para as condições de utilização recomendadas pelo RSECE. Realizou-se uma campanha de medições durante o período de doze meses, tendo este sido iniciado em Abril de 2013 e terminado em Março de 2014. Esta campanha permitiu determinar o desempenho energético de ambos os sistemas em estudo. As condições recomendadas pelo RSECE (60 °C) serviram como referência para os resultados experimentais obtidos, para serem comparados com dados registados anteriormente na mesma instalação, mas com uma condição de funcionamento de 50 °C, verificando-se um incremento de carga e, consequentemente, um aumento de energia por parte dos sistemas de apoio, o que se traduziu numa diminuição da fracção solar em ambos os sistemas. Para estudar estes dois sistemas solares, realizaram-se várias simulações com o softwareSolterm, tendo em conta diversos factores, como por exemplo, a temperatura de água da rede assumida pelo programa e a evolvente geográfica. Os resultados obti dos foram comparados com os experimentais, observando-se discrepâncias entre os dois resultados. Através do valor do Esolar de cada sistema e sabendo o custo da energia primária de origem fóssil, foi possível verificar a evolução do “tempo simples de retorno” em função do investimento inicial. As conclusões retiradas permitiram observar claramente o comportamento de ambos os sistemas (circulação forçada e termossifão), no qual se verificou um retorno de investimento mais célere para o sistema termossifão. Finalmente, e tendo em vista uma análise de desempenho energético, realizou-se um estudo de comparação entre várias tecnologias de colectores solares térmicos existentes no mercado para dois edifícios distintos, nomeadamente, uma habitação unifamiliar e um empreendimento turístico. Para ambos os casos foram consideradas diversas zonas do país e averiguou-se que o tipo de colector depende das características do tipo de edifício.

Abstract: The present work consisted in the study of the energy performance of the solar thermal system used in the Refectory of the ISEL heating for the conditions of use recommended by RSECE two solar systems - thermosyphon and forced circulation. We conducted a measurement campaign during the period of twelve months, which was initiated in April 2013 and completed in March 2014. This campaign enabled us to determine the energy performance of both systems under study. The recommended temperature by RSECE (60 ° C) used as reference for the experimental results, for comparison with data previously recorded in the same system, but with a working condition of 50 ° C, verifying an increase of load, and consequen tly, an increase of energy by the supporting systems, which resulted in a decrease in solar fraction in both systems. To study these two solar systems, several simulations were performed with the Solterm software, taking into account various factors such as water temperature assumed by the network program and the geographic surroundings. The results were compared with the experimental measurements noting the discrepancies between the two results. With the value of Esolar of each system and knowing the cost of primary energy from fossil fuels, we observed the evolution of the "simple payback period" based on the initial investment. The results obtained allow a clear picture of the behavior of both systems (forced and thermosiphon circulation), in which th ere was a faster return of investment for the thermosyphon system. Finally, and in view of an analysis of energy performance, we performed a comparison study between of various technologies of existing solar thermal collectors on the market for two distinct buildings, including a single family dwelling and a tourist venture. For both cases various areas of the country were considered and it was verified that the best collector type depends on the characteristics of the type of building.