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Curso de Análise de Projeto de Energia LimpaCurso de Análise de Projeto de Energia Limpa
© Ministro de Recursos Naturais Canada 2001 – 2006.
Foto cedida por: NRCan
Aquecimento Solar da Água Aquecimento Solar da Água (ASAg) Análise de Projeto(ASAg) Análise de Projeto
Coletores Planos Revestidos, Ontario, Canada
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ObjetivosObjetivos
• Revisar conceitos básicosRevisar conceitos básicossistemas de Aquecimento Solar sistemas de Aquecimento Solar da Água (ASAg) da Água (ASAg)
• Ilustrar considerações chave paraIlustrar considerações chave paraanálise de projeto ASAganálise de projeto ASAg
• Apresentar RETScreenApresentar RETScreen®® ASAg Modelo de Projeto ASAg Modelo de Projeto
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• Água quente Água quente domésticadoméstica
• Calor de processoCalor de processo
• Aquecimento de Aquecimento de piscinapiscina
…mas também…
Aumento da água quente armazenada
Extensão da temporada de natação (aquecimento da piscina)
O que fornece um sistema O que fornece um sistema ASAg?ASAg?
Foto cedida por : Vadim Belotserkovsky
Centro de Conferencias, Bethel, Lesotho
Desenvolvimento de Moradias, Kungsbacka, Suécia
Foto cedida por : Alpo Winberg/ Solar Energy Association of Sweden
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Componentes do Sistema Componentes do Sistema ASAgASAg
Foto cedida por : NRCan
Troca de
calor
Painel fotovoltaico
Coletores solares
TermosifãoCircuito de aquecimento da água Água quente
para casa
Suprimento de Água fria
Tubo de glicol de alimentação e retorno
Caixa de junção
Dreno desedimento
Ág
ua a
qu
ecid
a p
elo
sol
Bomba de glicolPré-
aquecimento
Tanque acumula
Água Aquecida pelo sol
Tanque
padrão
Diagrama esquemático de um sistema de aquecimento solar da água
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Coletor Solar sem Coletor Solar sem RevestimentoRevestimento
• Baixo custoBaixo custo
• Baixa Baixa temperaturatemperatura
• EscarpadoEscarpado
• LeveLeve
• Aquecimento Aquecimento sazonal da sazonal da piscinapiscina
• Baixa pressãoBaixa pressão
• Baixa eficiência com clima frio ou com ventosBaixa eficiência com clima frio ou com ventos
Foto cedida por : NRCan
Orificios para medição de vazão
Canal de fluxo produz
Fluxo constante através tubos
Tubo do2o.
distribuidor
Entrada do canal
Fluxo da piscina
COLETOR SOLAR SEM REVESTIMENTO
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Coletor Solar de Prato Plano Coletor Solar de Prato Plano RevestidoRevestido
• Custo moderadoCusto moderado
• Operação com Operação com temperaturas temperaturas mais altasmais altas
• Pode operar com Pode operar com pressão da água pressão da água controladacontrolada
• Mais pesado e Mais pesado e mais frágilmais frágil
Foto cedida por : NRCan
Revestimento vidro
Invólucro
Placa de absorção
Tubos ascendentes
Distribuidor
Isolação
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Coletores de Tubo EvacuadoColetores de Tubo Evacuado
• Custo mais altoCusto mais alto
• Sem perdas por Sem perdas por convexãoconvexão
• Temperatura altaTemperatura alta
• Climas friosClimas frios
• FrágilFrágil
• Instalação pode serInstalação pode sermais complicadamais complicada
• Neve é apenas um pequeno Neve é apenas um pequeno problemaproblema
Foto cedida por : NRCan
Foto cedida por : Nautilus
Tubo Desenvolvido e Fabricado na China
Vapor e líquido condensado notubo de calor
Placa de absorção
Tubo de calor
Tubo Evacuado
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Aquecimento Solar da Água em Aquecimento Solar da Água em Vários ClimasVários Climas
• Para um sistema doméstico de aquecimento solar da água Para um sistema doméstico de aquecimento solar da água com com 6 m6 m22 de coletor revestido de coletor revestido, a demanda de , a demanda de 300 L/dia300 L/dia de de água quentea água quentea 60ºC60ºC e e 300 L armazenamento300 L armazenamento, a , a fração solar éfração solar é::
21% em Tromsø, Noruega (70ºN)
40% em Yellowknife, Canadá (62ºN)
32% em Warsaw, Polonia (52ºN)
51% em Harbin, China (46ºN)
67% em Sacramento, EUA (39ºN)
39% em Tokyo, Japão (36ºN)
78% em Marrakech, Morrocos (32ºN)
75% em Be’er-Sheva, Israel (31ºN)
81% em Matam, Senegal (16ºN)
59% em Puerto Limón, Costa Rica (10ºN)
59% em Jakarta, Indonesia (6ºS)
86% em Huancayo, Peru (12ºS)
69% em Harare, Zimbabwe (18ºS)
65% em Sydney, Australia (34ºS)
39% em Punta Arenas, Chile (53ºS)
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Exemplos de Custos e Exemplos de Custos e Beneficios de Sistemas ASAgBeneficios de Sistemas ASAg
Sistema revestido ao longo Sistema revestido ao longo do ano (w/armazenamento)do ano (w/armazenamento)
La Paz, BoliviaLa Paz, Bolivia2,2 GJ/m2,2 GJ/m22
400$/m400$/m22
Sistema de Tubo EvacuadoSistema de Tubo Evacuado(w/armazenamento)(w/armazenamento)
Copenhagen, DinamarcaCopenhagen, Dinamarca1,8 GJ/m1,8 GJ/m22
1.000$/m1.000$/m22
0102030405060708090100
5 15 25 35 45
Custo da energia ($/GJ)
Ec
on
om
ia A
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$/m
2 )
Gas
@ 0
,15$
/m3
Gas
@ 0
,50$
/m3
Ele
tric
idade @
0,0
5$/k
Wh
Ele
tric
idade @
0,1
5$/k
Wh
Piscina sem revestimento apenas no Piscina sem revestimento apenas no verãoverão
Montreal, CanadáMontreal, Canadá1,5 GJ/m1,5 GJ/m2 2
150$/m150$/m22
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Considerações sobreConsiderações sobreProjeto de Aquecimento Solar da Projeto de Aquecimento Solar da ÁguaÁgua• Fatores para um projeto bem sucedido:Fatores para um projeto bem sucedido:
Grande demanda por água quente par areduzir importância dos custos fixos
Alto custo da energia (p.ex. Gas natural não disponível)
Sem fornecimento confiável de energia convencional
Grande interesse ambiental pelo operador/proprietário do prédio
• Carga de água quente necessária durante o dia Carga de água quente necessária durante o dia requer menos armazenamentorequer menos armazenamento
• Sistemas sazonais de custo mais baixo, podem ser Sistemas sazonais de custo mais baixo, podem ser financeiramente preferíveis, a sistemas de maior custo ao financeiramente preferíveis, a sistemas de maior custo ao longo do anolongo do ano
• Manutenção semelhante a qualquer sistema hidráulico, Manutenção semelhante a qualquer sistema hidráulico, porém operador deve estar comprometido a atender à porém operador deve estar comprometido a atender à tempo tanto manutenção quanto reparostempo tanto manutenção quanto reparos
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Exemplos: Austrália, Botswana e SuéciaExemplos: Austrália, Botswana e Suécia
Sistemas Domésticos de Água Sistemas Domésticos de Água QuenteQuente
• Em rede, necessita proprietário comprometidoEm rede, necessita proprietário comprometido Pode ter retorno longo quando energia barata Sistemas fornecem 20 a 80% da água quente
• Fora da rede ou onde fornecimento de energia Fora da rede ou onde fornecimento de energia não confiávelnão confiável
Foto cedida por : Marie Andrén, Solar Energy Association of Sweden Foto cedida por : Vadim Belotserkovsky
Foto cedida por : The Australian Greenhouse Office
Sistema Termosifão, Australia
Casa para equipe médica em Área Rural, BotswanaCasas, Malmö, Suécia
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Exemplos: EUA e CanadáExemplos: EUA e Canadá
Sistemas de PiscinasSistemas de Piscinas
• Coletores sem revestimento baixo Coletores sem revestimento baixo custocusto Piscinas de verão em climas frios Prolonga temporada em climas temperados Para uso no verão em piscina de uso anual em
climas frios Pode ter retorno de 1 a 5 anos
• Coletores revestidos para calor ao Coletores revestidos para calor ao longo do anolongo do ano
• Sistemas de filtragem servem como Sistemas de filtragem servem como bombasbombas
Foto cedida por : NRCan
Foto cedida por : Aquatherm Industries/ NREL Pix
Piscina, EUA
Piscina Pública, Ontario, Canadá
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Exemplos: Grécia e CanadáExemplos: Grécia e CanadáSistemas de Água Quente Sistemas de Água Quente Comercial/IndustrialComercial/Industrial
• Hotéis/motéis, apartamentos e edifícios de escritóriosHotéis/motéis, apartamentos e edifícios de escritórios
• Centros de saúde & hospitaisCentros de saúde & hospitais
• Lavagem de carros, laundromats, restaurantesLavagem de carros, laundromats, restaurantes
• Centros esportivos, escolas, Chuveiros em vestiáriosCentros esportivos, escolas, Chuveiros em vestiários
• Aquacultura, outras pequenas indústriasAquacultura, outras pequenas indústrias
Foto cedida por : NRCanFoto cedida por : Regional Energy Agency of Crete/ISES
Hotel, Agio Nikolaos, Creta Operação Aquacultura, British Columbia, Canadá
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RETScreenRETScreen®® Aquecimento Solar da Aquecimento Solar da ÁguaÁguaModelo de ProjetoModelo de Projeto• Análise mundial da produção de energia, custo do ciclo de Análise mundial da produção de energia, custo do ciclo de
vida e redução das emissões dosvida e redução das emissões dosgases de efeito estufagases de efeito estufa
Revestido, sem revestimento e tubo evacuado
Piscinas internas e externas(c/ ou s/ cobertura)
Sistemas de água quente de serviço (c/ ou s/ armazenamento)
• Apenas 12 pontos dados RETScreenApenas 12 pontos dados RETScreen®®
vs. 8.760 modelos simulação horáriavs. 8.760 modelos simulação horária
• Atualmente não cobertos:Atualmente não cobertos:
Mudanças nas cargas diárias de água quente de serviço
Serviço individual de água quente Sistemas sem armazenamento tendo altas frações solares Ajuste ao sol, concentrador & coletor solar integrado
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Ver e-Manual
Análise de Projeto de Energia Limpa: RETScreen® Engenharia e Casos
Capítulo de Análise de Projeto de Aquecimento Solar da Água
RETScreenRETScreen®® ASAg Cálculo de EnergiaASAg Cálculo de Energia
Calcular variáveis ambientais, incluindo
radiação solar no plano do coletor
Calcular energia solar que pode ser coletada
Método de
UtilizabilidadeMétodo f-Chart
Outros cálculos: área sugerida do coletor,
necessidade de bombeamento, etc..
Avaliar necessidade
energética da piscina
Calcular energia renovável
despachada e necessidade de aquecimento
auxiliar
Água quente de serviço com armazenagem
Água quente de serviço sem armazenagem Piscinas
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Exemplo de Validação do Exemplo de Validação do RETScreenRETScreen®® ASAg Modelo de ASAg Modelo de ProjetoProjeto
RETScreenRETScreen®® comparado comparado a:a:
• WATSUN para sistema de WATSUN para sistema de água quente doméstica em água quente doméstica em Toronto, Canadá:Toronto, Canadá:
500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000
Fornecimento anual medido de energia solar (kWh)
RE
TS
cree
n f
orn
ecim
ento
an
ual
est
imad
o e
ner
gia
so
lar
(kW
h)
• ENERPOOL para 48-mENERPOOL para 48-m22 piscina verão em Montreal, piscina verão em Montreal, CanadaCanada Energia necessária com
2%
• Dados monitorados de uma Dados monitorados de uma pscina de verão 1.200 mpscina de verão 1.200 m22 em em Möhringen, AlemanhaMöhringen, Alemanha Energia necessária com
3% e produção de energia solar com 14%
RETScreen vs. dados monitorados de 10 sistemas domésticos de água quente em Guelph, Canadá
4,1%1.8001.874Horas operação bomba (h)
0,1%8,018,02Energia fornecida (GJ)
-0,5%19,7319,64Carga (GJ)
-1,8%24,7924,34Radiação incidente (GJ)
Dif.WATSUNRETScreen
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ConclusõesConclusões
• Coletores sem revestimento, revestidos e tubo evacuado fornecem Coletores sem revestimento, revestidos e tubo evacuado fornecem água quente para muitos usos em qualquer climaágua quente para muitos usos em qualquer clima
• Grande demanda de água quente, alto custo da energia e forte Grande demanda de água quente, alto custo da energia e forte interesse da parte do operador/proprietário, são fatores interesse da parte do operador/proprietário, são fatores importantes para o sucessoimportantes para o sucesso
• RETScreenRETScreen®® calcula: calcula:
Carga de água quente de serviço e carga da piscina
Desempenho da piscina solar e do sistema de água quente de serviço, com e sem armazenamento
• RETScreenRETScreen®® realiza análise anual com cálculo dos recursos mensais realiza análise anual com cálculo dos recursos mensais e pode obter precisão comparável a modelos de simulação horáriae pode obter precisão comparável a modelos de simulação horária
• RETScreenRETScreen®® pode gerar economia significativa no custo do estudo pode gerar economia significativa no custo do estudo de viabilidadede viabilidade
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Perguntas?Perguntas?
Módulo de Análise de Projeto de Aquecimento Solar da ÁguaRETScreen® International Curso de Análise de Projeto de Energia
Limpa
www.retscreen.netwww.retscreen.netPara informações adicionais consultar a página Web do RETScreen
em