avaliação de sistemas solares térmicos de produção de Água

Avaliação de Sistemas Solares Térmicos de Produção de

Água Quente Sanitária em Edifícios de Habitação

Multifamiliar

Alexandre Daniel Sousa Santos

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em

Engenharia Mecânica

Jurí

Presidente: Professor Rui Manuel dos Santos Oliveira Baptista

Orientador: Professor Artur Jorge da Cunha Barreiros

Vogais: Professora Elsa Maria Pires Henriques

Professor João Luís Toste Azevedo

Maio de 2012

I

Agradecimentos

Desejo agradecer a todos os que direta ou indiretamente me ajudaram a realizar este

trabalho. No entanto quero agradecer em especial:

Ao meu orientador, Professor Artur Barreiros pela disponibilidade e apoio prestado, bem

como ao Professor Paulo Peças que me arranjou tão bom orientador.

A dois antigos professores que me deram apoio em trabalhos passados, e que, infelizmente

já não estão entre nós, nomeadamente o Professor Silvestre Antunes e o Professor José Ferreira.

Aos meus colegas de trabalho por me darem apoio nesta fase em que tive de me dedicar a

este outro trabalho.

À minha namorada Inês, por estar sempre ao meu lado, bem como aos meus pais e irmãos,

que sempre me apoiaram.

II

Resumo

O presente trabalho tem como objetivo o estudo, a análise técnico-económica e a

comparação das principais soluções solares térmicas para produção de águas quentes sanitárias

(AQS), aplicadas no nosso país, em edifícios de habitação multifamiliar.

Numa primeira fase fez-se a pesquisa e estudo das soluções existentes, com enfoque sobre

as mais aplicadas. Foram apresentadas as suas vantagens e desvantagens, com especial enfase aos

princípios de funcionamento. Seguiu-se o estudo das metodologias de dimensionamento para os

sistemas em causa, que se baseiam no software SolTerm, obrigatório, de acordo com o Regulamento

das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE).

Para uma comparação mais realista entre soluções, preconizou-se um conjunto de Casos de

Estudo, procedendo-se a estudos práticos de aplicação das principais soluções estudadas nos

mesmos, resultando na definição dos equipamentos a aplicar e custos associados bem com a

estimativa do desempenho energético de cada sistema.

Seguiu-se a estimativa dos custos de exploração e análise do investimento, calculando-se os

custos anuais equivalentes para cada caso.

Concluiu-se por fim, além das vantagens de cada sistema referidas ao longo do texto, que o

sistema com acumulação individual, embora facilite a gestão ao condomínio, apresenta maiores

custos anuais equivalentes que o sistema com acumulação coletiva.

Palavras-Chave

Águas Quentes Sanitárias

Soluções Solares Térmicas

Edifícios de Habitação Multifamiliar

Análise do Investimento

III

Abstract

The present work aims the study, the technical-economic analysis and the comparison of the

main solar thermal hot water (DWH) solutions, applied in our country on multifamily buildings.

Initially, was made a research and study about the existing solutions, focusing on the most

applied. The advantages and disadvantages of existing solutions were discussed with special

emphasis on the operating principles. The sizing methodologies for the systems were based on the

SolTerm software that is mandatory according to the Portuguese Regulation on Thermal Behavior of

Buildings Characteristics (RCCTE).

Then, to get a more realistic comparison between solutions, was preconized a set of Study

Cases, proceeding to practical implementation of key solutions studied in the same. It results in the

definition of the equipment to apply in each study case, the estimated costs and the estimate of the

energy performance of the same.

It was followed to the investment analyzes, calculating the equivalent annual costs for each

study case.

It was concluded at last, along with the advantages of each system referred to throughout the

text, the system with individual accumulation, while facilitating the management of the condominium,

has higher annual cost equivalent to the system with collective accumulation.

Key-Words

Sanitary Hot Water

Solar Thermal Solutions

Multifamily Building

Investment Analysis

IV

Índice

Agradecimentos .............................................................................................................................. I

Resumo ...........................................................................................................................................II

Palavras-Chave................................................................................................................................II

Abstract .........................................................................................................................................III

Key-Words .....................................................................................................................................III

Índice ............................................................................................................................................ IV

Índice de Figuras ........................................................................................................................... VI

Índice de Tabelas ........................................................................................................................ VIII

Lista de Acrónimos e Siglas.............................................................................................................IX

Lista de Símbolos ........................................................................................................................... X

1. Introdução ..............................................................................................................................1

1.1. Motivação e Contexto .........................................................................................................1

1.2. Objetivos .............................................................................................................................3

1.3. Estrutura do Documento .....................................................................................................3

1.4. A Bosch Termotecnologia SA – Fornecedor de Soluções Solares Térmicas ............................4

2. Soluções Solares Térmicas para Produção de AQS em Edifícios de Habitação Multifamiliar .....7

2.1. Soluções Solares Térmicas mais Aplicadas em Portugal ........................................................7

2.1.1. Sistema solar térmico com Captação Coletiva de Energia e Acumulação Coletiva de

AQS (Solução i) ............................................................................................................................7


Água Quente, para Inércia, com Produção de AQS em Estações de Transferência de Calor, em

cada fração do edifício (Solução ii) ............................................................................................ 13

2.1.3. Sistema solar térmico com Captação Coletiva de Energia e Acumulação Individual de

AQS, em cada fração do edifício (Solução iii) ............................................................................. 16

2.2. Componentes dos Sistemas Solares Térmicos .................................................................... 21

2.2.1. Coletores Solares ....................................................................................................... 21

2.3. Dimensionamento de Sistemas Solares Térmicos de AQS, em Edifícios de Habitação ......... 24

2.3.1. Principais Passos a Seguir ........................................................................................... 24

2.3.2. Regulamento a Cumprir em Portugal - RCCTE............................................................. 25

3. Casos de Estudo .................................................................................................................... 29

V

3.1. Estudo da Implementação da Solução i-1 no Edifício EPD................................................... 31

3.1.1. Determinação das necessidades energéticas mínimas a satisfazer e do número de

coletores a instalar .................................................................................................................... 31

3.1.2. Seleção do equipamento solar e de apoio para o caso de estudo: Implementação da

Solução i-1 no Edifício EPD ........................................................................................................ 42

3.2. Restantes casos de estudo ................................................................................................. 43

4. Análise de Investimento ........................................................................................................ 45

4.1. Investimento Inicial ........................................................................................................... 45

4.2. Custo de Manutenção ....................................................................................................... 45

4.3. Custo de Exploração .......................................................................................................... 45

4.4. Cálculo dos Custos Anuais Equivalentes ............................................................................. 46

5. Conclusões ............................................................................................................................ 51

6. Referencias Bibliográficas ...................................................................................................... 53

Anexos .......................................................................................................................................... 55

Anexo 1 – Esquemas de Princípio Adicionais ................................................................................. 55

Anexo 2 – Caraterísticas Técnicas dos Equipamentos .................................................................... 58

Anexo 3 – Plantas e Resultados dos Casos de Estudo ..................................................................... 66

Anexo 3.1 – Casos de Estudo: Plantas do Edifício EPD .................................................................... 66

Anexo 3.2 – Casos de Estudo: Esquemas de Principio para Soluções de Produção AQS no Edifício

EPD ............................................................................................................................................... 69

Anexo 3.3 – Casos de Estudo: Valores da Aplicação das Soluções de produção AQS no Edifício EPD

..................................................................................................................................................... 71

Anexo 3.3.1 - Casos de Estudo: Valores da Solução i-1 para o edifício EPD ..................................... 71

Anexo 3.4 – Casos de Estudo: Plantas do Edifício EMD .................................................................. 76

Anexo 3.5 – Casos de Estudo: Valores da Aplicação das Soluções de Produção de AQS no Edifício

EMD .............................................................................................................................................. 81

Anexo 3.5.1 - Casos de Estudo: Valores da Solução i-1 para o edifício EMD ................................... 81

Caos de Estudo: Valores da Solução iii-2 para o edifício EMD ........................................................ 84

VI

Índice de Figuras

Figura 1 - Esquema de princípio de funcionamento da Solução i-1 ......................................................8

Figura 2 - Simbologia utilizada nos esquemas dos sistemas solares térmicos .......................................9

Figura 3 - Esquema de princípio de funcionamento da Solução ii....................................................... 14

Figura 4 - Esquema de princípio de funcionamento da Solução iii-2 ................................................... 18

Figura 5 – Representação em corte de um coletor solar plano do modelo FKC-2S ............................. 21

Figura 6 - Seleção do concelho no SolTerm 5.1.3 ............................................................................... 32

Figura 7 - Definição de sombreamentos e outros detalhes do local ................................................... 32

Figura 8- Perfil de consumo diário de AQS ......................................................................................... 33

Figura 9 – Definição no SolTerm do perfil de consumo diário de AQS ................................................ 33

Figura 10 - Definição do acumulador solar de AQS para Solução i-1, EPD........................................... 34

Figura 11 - Caraterísticas do Coletor Padrão ...................................................................................... 36

Figura 12 - Configuração final do sistema solar com 14 Coletores Padrão para Solução i-1, EPD ........ 36

Figura 13 - Desempenho do sistema solar com 14 coletores Padrão para Solução i-1, EPD ................ 37

Figura 14 - Configuração final do sistema solar com 4 coletores FKC-2S para Solução i-1, EPD ........... 38

Figura 15 - Desempenho do sistema solar com 4 coletores FKC-2S para Solução i-1, EPD .................. 38

Figura 16 - Perfil de consumo considerado para Solução i-1, EPD ...................................................... 39

Figura 17 - Fluxos Financeiros associados ao Investimento e Exploração do equipamento ................ 48

Figura 18 - Esquema de princípio de funcionamento da Solução i-2 .................................................. 55

Figura 19 - Esquema de princípio de funcionamento da Solução iii-1 ................................................. 56

Figura 20 - Esquema de princípio de funcionamento da Solução iii-3 ................................................. 57

Figura 21 - Caraterísticas técnicas do coletor FKC-2 e distâncias mínimas entre filas de coletores ..... 58

Figura 22 - Resumo dos Resultados do Teste EN 12975 ao Coletor Solar FKC-2 da Vulcano................ 59

Figura 23 - Características Técnicas dos Depósitos de Aço Vitrificado com serpentina S75…750 ZB-

solar ................................................................................................................................................. 60

Figura 24 - Características Técnicas dos Depósitos de Aço Vitrificado sem Permutador 1500…5000 lts

......................................................................................................................................................... 61

Figura 25 -Características técnicas dos Grupos de Circulação AGS 5…50 da Vulcano .......................... 62

VII

Figura 26 - Caraterísticas Técnicas dos Esquentadores da Gama Sensor Ventilado ............................ 63

Figura 27 - Valores da Eficiência dos Esquentadores da Gama Sensor Ventilado ................................ 64

Figura 28 - Perdas de carga por metro linear, em tubos de cobre com mistura água-glicol 50/50, a

50ºC ................................................................................................................................................. 64

Figura 29 - Perdas de carga por metro linear, em tubos de cobre com mistura água-glicol 50/50, a

50ºC (continuação da figura anterior) ............................................................................................... 65

Figura 30 - Planta do piso 1 do edifício EPD, com indicação do traçado de tubagem e diâmetros de

cobre para circuito de distribuição da Solução iii-2 ............................................................................ 66

Figura 31 - Planta do piso 2 do edifício EPD, com indicação do traçado de tubagem e diâmetros de

cobre para circuito de distribuição da Solução iii-2 ............................................................................ 67

Figura 32 - Planta da cobertura do Edifício EPD, com implementação do campo de coletores e

indicação do traçado de tubagem do circuito primário para soluções i-1 e iii-2 ................................. 68

Figura 33 - Esquema de princípio de funcionamento da Solução i-1 no edifício EPD .......................... 69

Figura 34 - Esquema de princípio de funcionamento da Solução iii-2 no edifício EPD......................... 70

Figura 35 - Valores de tabela, sem IVA, do equipamento para Solução i-1 no edifício EPD ................. 71

Figura 36 - Valores de tabela, sem IVA, do equipamento para Solução iii-2, EDP ............................... 74

Figura 37 - Valores de tabela, sem IVA, do equipamento para Solução iii-2, EDP (continuação) ......... 75

Figura 38 - Planta do piso 1 do edifício EMD, com indicação do traçado de tubagem para circuito de

distribuição da Solução iii-2 .............................................................................................................. 76


distribuição da Solução iii-2 .............................................................................................................. 77

Figura 40 - Planta dos pisos 3 e 4 do edifício EMD, com indicação do traçado de tubagem para circuito

de distribuição da Solução iii-2 .......................................................................................................... 78

Figura 41 - Planta dos pisos 5 e 6 do edifício EMD, com indicação do traçado de tubagem para circuito

de distribuição da Solução iii-2 .......................................................................................................... 79

Figura 42 - Planta da cobertura do Edifício EMD, e indicação do traçado de tubagem do circuito

primário para soluções i-1 e iii-2 ....................................................................................................... 80

Figura 43 - Valores de tabela, sem IVA, para Solução i-1, EMD .......................................................... 83

Figura 44- Valores de tabela, sem IVA, para Solução iii-2, EMD ......................................................... 86

Figura 45- Valores de tabela, sem IVA, para Solução iii-2, EMD (continuação) ................................... 87

VIII

Índice de Tabelas

Tabela 1 - Distribuição de Tipologias do Edifício EPD ......................................................................... 29

Tabela 2 - Distribuição de Tipologias do Edifício EMD ........................................................................ 30

Tabela 3- Resumo dos pressupostos aplicados no caso de estudo: Solução i-1, EPD .......................... 39

Tabela 4 - Estimativa de Desempenho e Principais Parâmetros para Solução i-1, EPD........................ 40

Tabela 5 - Extrapolação dos Valores Energéticos referentes a cada Fração: Solução i-1, EPD ............. 40

Tabela 6 - Quadro Resumo do Desempenho Energético dos Diversas Casos de Estudo ...................... 41

Tabela 7 - Investimento Inicial em Equipamento e Mão de Obra para os Casos de Estudo ................. 43

Tabela 8 - Resultados dos Custos Anuais Equivalentes para os Casos de Estudo ................................ 49

Tabela 9- Resumo dos pressupostos aplicados no caso de estudo: Solução iii-2; EPD ........................ 72

Tabela 10 - Estimativa de Desempenho e Principais Parâmetros para Solução iii-2, EPD .................... 73

Tabela 11 - Extrapolação dos Valores Energéticos referentes a cada Fração para Solução iii-2, EPD... 73

Tabela 12 - Resumo dos pressupostos aplicados no caso de estudo: Solução i-1, EMD ...................... 81

Tabela 13- Estimativa de Desempenho e Principais Parâmetros para Solução i-1, EMD ..................... 82

Tabela 14- Extrapolação dos Valores Energéticos referentes a cada Fração para Solução i-1, EMD .... 82

Tabela 15 - Resumo dos pressupostos aplicados no caso de estudo para Solução i-1, EMD ............... 84

Tabela 16 - Estimativa de Desempenho e Principais Parâmetros para Solução iii-2, EMD................... 85

Tabela 17 - Extrapolação dos Valores Energéticos referentes a cada Fração: Solução iii-2, EMD ........ 85

IX

Lista de Acrónimos e Siglas

AQS Água quente sanitária

EPD Edifício de Pequena Dimensão

EMD Edifico de Media dimensão

RCCTE Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios

X

Lista de Símbolos

α Absorsividade

�� Área útil de pavimento

∇� Aumento de temperatura necessária para preparar as AQS

a1 Coeficiente linear de perdas térmicas

a2 Coeficiente quadrático de perdas térmicas

MAQS Consumo médio diário de referência de AQS

�� Contribuição do sistema de coletores solares térmicos para a aquecimento de AQS

�� Contribuição de outras formas de energia renováveis ou de recuperação de calor para

a preparação de AQS

ƞ Eficiência do coletor

ƞo Eficiência ótica do coletor (fator de conversão)

Eficiência de conversão dos sistemas convencionais de preparação de AQS

� Energia útil despendida com sistemas convencionais de preparação de AQS

ƞk Fator de perda de calor

�� Irradiância

Nac Necessidades anuais de energia útil para a preparação de AQS

�� Número anual de dias de consumo de AQS

ρ Reflectividade

Ta Temperatura ambiente

Tm Temperatura média de trabalho do fluido no abosrsor

τ Transmissividade

1

1. Introdução

1.1. Motivação e Contexto

Nos dias de hoje, em que as reservas limitadas e o custo elevado dos combustíveis fósseis,

bem como a preocupação com o ambiente, são temas bem presentes, tornou-se obrigatória a procura

e o desenvolvimento de meios de produção de energia mais económicos, mais amigos do ambiente e

que permitam diminuir a dependência energética dos países ao exterior.

Devido às excelentes condições climatéricas do nosso país, em particular a sua elevada

exposição solar, existe um grande potencial para o aproveitamento da radiação solar, muito além da

iluminação natural e da ação sobre o desenvolvimento das plantas, animais e pessoas, bem

conhecidos. Deste potencial destaca-se a produção de energia elétrica, através dos denominados

sistemas solares fotovoltaicos, bem como a produção de calor, através dos sistemas solares

térmicos, sem se descurar no entanto, o aproveitamento da energia solar resultante da aplicação de

técnicas de construção adequadas, aplicando tecnologias ditas passivas, as quais, fazendo uso de

materiais (envidraçados, isolamentos, etc.), configurações e orientações, cuidadosamente

selecionadas, permitem evitar ou diminuir as necessidades de climatização mecânica dos edifícios,

originando grandes reduções nos seus custos de exploração.

No campo dos sistemas solares fotovoltaicos, tem sido grande o interesse a nível nacional,

certamente pelos elevados custos de produção da eletricidade através dos combustíveis fósseis.

Resultou desse interesse a instalação de várias centrais fotovoltaicas, quer sejam de grande

potência, centralizadas, como é o caso da central fotovoltaica de Serpa, inaugurada em 20071 (sendo,

na altura, uma das maiores do mundo), quer sejam instalações de baixa potência (microgeração

fotovoltaica), distribuídas um pouco por todo o país, muitas delas em habitações unifamiliares, que,

cumprindo determinados requisitos, beneficiam de tarifas bonificadas de venda e compra de energia

à rede elétrica nacional2.

Quanto aos sistemas solares térmicos, que convertem a radiação solar em energia térmica,

têm aplicação tanto na climatização ambiente dos edifícios, como na produção de águas quentes

sanitárias (AQS)3, além de diversas aplicações possíveis a nível industrial. Devido à gama de

temperaturas a que funcionam, a utilização destes sistemas para climatização adequa-se sobretudo a

sistemas de aquecimento a baixa temperatura (chão radiante, por exemplo), cuja aplicação, que

geralmente exige a pré instalação de alguns equipamentos de aquecimento embutidos no pavimento

ou paredes das divisões, com um custo significativo, só se torna prática na fase de construção, ou de

1 Informação retirada de http://www.ambienteonline.pt/noticias/detalhes.php?id=4960 em 28/04/2012

2 Informação retirada de http://www.edp.pt/pt/particulares/faqs/Pages/Microprodução.aspx em 28/04/2012

3 De acordo com o anexo II do RCCTE [1] AQS “é a água potável a temperatura superior a 35ºC utilizada para

banhos, limpezas, cozinha e outros fins específicos, preparada em dispositivo próprio, com recurso a formas de

energia convencionais ou renováveis”.

2

remodelação profunda dos edifícios. Se tivermos em conta que, nos meses em que é necessária

climatização, as necessidades energéticas para a realização da mesma costumam ser superiores às

necessidades para produção de AQS, verificamos que o investimento em equipamento solar é maior

para climatização. Embora seja possível a instalação de ambos os sistemas solares num edifício, os

dados referidos, aliados ao facto de a produção de AQS ser necessária durante todo o ano,

conduzem a que geralmente a escolha, quando se pretende instalar um sistema solar térmico, recaia

somente sobre os sistemas de produção de AQS.

Por utilizarem tecnologia relativamente pouco difundida, em constante desenvolvimento e que

ainda não beneficia da produção em economias de escala, bem como pelo facto de requererem

elevado trabalho de instalação, os sistemas solares de produção de energia ainda apresentam um

custo de aquisição e instalação considerável. No entanto, se tivermos em conta que, do total de

energia consumida no sector residencial e de serviços, cerca de 25% [1], se deve somente à

produção de AQS, torna-se importante explorar as fontes alternativas aos combustíveis fósseis, para

esse fim, como é o caso da tecnologia solar térmica.

Nos últimos anos têm surgido, no nosso país, medidas para a implementação de sistemas de

aproveitamento das energias renováveis, inclusive da energia solar. Salienta-se, em particular, com o

Decreto-Lei nº 80/2006, a aprovação da última versão do regulamento RCCTE (Regulamento das

Características de Comportamento Térmico dos Edifícios) [2], que, entre outras disposições, obriga a

que na nova construção de edifícios de habitação e de edifícios de serviços sem sistemas de

climatização centralizados, sejam implementados sistemas solares térmicos para produção de AQS

(desde que a cobertura dos mesmos apresente uma exposição solar adequada), ou, em alternativa,

permite que sejam utilizadas outras formas de energias renováveis, desde que captem, numa base

anual, energia equivalente à dos coletores solares, podendo esta ser utilizada para outros fins, que

não a produção de AQS, caso tal seja mais eficiente ou conveniente. Surgiram entretanto outras

medidas para incentivar o aumento da instalação de coletores solares térmicos em Portugal, tais

como a Medida Solar Térmica 20094 e a Medida Solar Térmica 20105, bem como a redução do IVA e

deduções em IRS para a compra de equipamento solar, entretanto extintas devido às limitações

económicas que a crise gerou no nosso país.

4 Protocolo entre o governo e instituições bancárias que permitiram aos particulares beneficiar de condições

especiais (vantajosas) na aquisição, instalação, manutenção e garantia de sistemas solares térmicos

(Informação retirada de http://www.paineissolares.gov.pt/ em 28/04/2012).

5 Protocolo entre o governo e instituições bancárias que permitiram facilitar às Instituições Particulares de

Solidariedade Social (IPSS) e a Clubes e Associações de Utilidade Pública Desportiva, a adesão das

candidaturas a apoios no âmbito do Quadro de Referência Estratégico Nacional (QREN), inclusive na área do

solar térmico (Informação retirada de http://www.paineissolares.gov.pt/ em 28/04/2012).

3

1.2. Objetivos

Tendo em conta o contexto descrito, com o sequente aumento da procura, junto das

empresas do sector, pela “melhor” solução solar térmica para a produção de AQS, torna-se

importante o estudo, a análise e a comparação das diversas soluções disponíveis no mercado. É o

que se pretende com esta tese de mestrado, em que se dedicará especial atenção ao estudo das

principais soluções solares térmicas para produção de AQS, aplicadas no nosso país, em edifícios de

habitação multifamiliar. Pretende-se, respeitando a regulamentação nacional, preconizar, analisar e

comparar um conjunto de soluções tipo, de forma a se poder concluir sobre as vantagens e

desvantagens de cada uma, tanto do ponto de vista energético como económico.

Para uma análise mais realista, procurou-se junto de um conhecido grupo internacional que

na sua ampla gama de produtos também produz e comercializa equipamento solar, a Bosch (da qual

se fará uma breve descrição ainda neste capítulo), informação sobre as soluções mais solicitadas

pelos clientes e equipamentos possíveis de aplicar nas mesmas.

Pretende-se, por fim, a obtenção de sugestões de medidas de melhoria, que possam

contribuir para a otimização dos sistemas solares térmicos estudados.

1.3. Estrutura do Documento

Este trabalho está dividido em 5 capítulos, incluindo a presente introdução onde se apresenta

o enquadramento, os objetivos, uma breve descrição dos capítulos, bem como uma breve descrição

da Bosch Termotecnologia SA, visto se ter considerado o equipamento solar e de apoio para

produção de AQS produzido e comercializado por esta empresa, para a preconização dos casos de

estudo deste trabalho.

No segundo capítulo, “Soluções Solares Térmicas para Produção de AQS em Edifícios de

Habitação Multifamiliar”, são apresentadas as soluções solares térmicas para produção de AQS mais

aplicadas no nosso país, nos edifícios de habitação multifamiliar, evidenciando-se as principais

vantagens e desvantagens de cada uma. Faz-se de seguida uma breve descrição dos coletores

solares planos, terminando-se com a indicação da regulamentação de uso obrigatório em Portugal, a

aplicar na preconização de soluções solares térmicas para a produção de AQS, em edifícios

habitacionais.

No terceiro capítulo, “Casos de Estudo”, começa-se por definir um conjunto de edifícios tipo,

procedendo-se de seguida a estudos práticos de aplicação das principais soluções de produção de

AQS (definidas no capitulo anterior) nos mesmos. Resulta deste capitulo a definição do equipamento

solar e de apoio a aplicar em cada caso de estudo e a estimativa dos seus custos, bem como a

estimativa dos custos associados à instalação dos mesmos.

No quarto capítulo “Análise de Investimento”, são referenciados os investimentos iniciais

necessários em cada caso de estudo, bem como estimados os custos de exploração e manutenção

4

associados aos mesmos. Termina-se com o cálculo dos custos anuais equivalentes de cada caso de

estudo.

Por fim, no quinto capítulo, “Conclusões”, referem-se os aspetos mais significativos do estudo

e análise realizados nos capítulos anteriores, com especial enfase à análise de investimento das

soluções aplicadas nos casos de estudo. Sugerem-se ainda novos casos de estudo, a realizar em

trabalhos futuros, de forma a se complementar o conhecimento agora obtido.

1.4. A Bosch Termotecnologia SA – Fornecedor de Soluções Solares Térmicas

De acordo com o site oficial português da empresa6, a Bosch, que começou por ser uma

“Oficina de Mecânica de Precisão e Engenharia Eléctrica”, foi fundada por Robert Bosch, em 1886,

em Estugarda, Alemanha, sendo hoje em dia uma das maiores sociedades industriais privadas a

nível mundial.

Devido ao desenvolvimento de um conjunto de serviços e produtos inovadores, logo desde a

sua origem, de que se destaca o desenvolvimento de um magneto para ignição, de grande aplicação

na indústria automóvel e reconhecido como o melhor sistema de ignição automóvel da sua época (o

magneto de ignição serviu de inspiração para o logotipo atual da marca), a empresa sofreu uma

rápida ascensão, tendo aberto o seu primeiro escritório de vendas fora da Alemanha, em Londres, em

1898. Desde então, a empresa tem-se internacionalizado e diversificado a sua gama de produtos e

serviços, com a abertura de novos escritórios e fábricas em todo o mundo. Ao longo desta evolução

tem sido respeitada a preocupação social do seu fundador, que estipulou que parte dos lucros do

grupo Bosch (detido em 92% pela fundação Robert Bosch) deveriam ser utilizados para apoio a

atividades filantrópicas e sociais, tais como o apoio a instituições de solidariedade social e

investigação médica, entre outros.

Atualmente, as áreas de negócio do grupo incluem a tecnologia automóvel (é um dos maiores

fabricantes de tecnologia automóvel no mundo), a tecnologia industrial (automação e equipamentos

de embalagem), tecnologias de construção (ferramentas elétricas) e a produção de bens de consumo

(termotecnologia, eletrodomésticos e sistemas de segurança). O grupo é composto pela Robert

Bosch GmbH (empresa mãe) e, tendo como fonte o site oficial brasileiro7, por mais de 350

subsidiárias e empresas regionais presentes em mais de 60 países, sendo que, se se incluir os

representantes de vendas e serviços, a Bosch marca presença em aproximadamente 150 países. De

acordo com dados preliminares, no ano de 2011 o volume de negócios no grupo a nível mundial

ascendeu a 51,4 mil milhões de euros com cerca de 303.200 colaboradores.

Ainda de acordo com o site português6, em Portugal o Grupo Bosch teve, em 2010, um

volume de faturação de 1.014 milhões de euros, empregando 3.501 colaboradores nas cinco

6 Informação retirada de http://www.bosch.pt/, em 30/03/2012

7 Informação retirada de http://www.bosch.com.br/, em 30/03/2012

5

empresas detidas a 100% pelo Grupo Bosch: Robert Bosch SA, Bosch Termotecnologia SA, Bosch

Car Multimedia Portugal SA, Robert Bosch Travões SA, Robert Bosch Security Systems-Sistemas de

Segurança SA e na BSHP Electrodomésticos, empresa resultante de uma associação com a

Siemens.

O equipamento solar e de apoio para produção de AQS, referenciado neste trabalho, é

comercializado em Portugal pela Bosch Termotecnologia SA, que se insere ao nível do grupo Bosch,

na divisão Bosch Thermotechnik GmbH. Esta divisão, que é líder europeia em sistemas de produção

de água quente, tem por missão fornecer soluções de água quente e de aquecimento que sejam

energeticamente eficientes e amigas do ambiente, permitindo uma utilização eficiente dos recursos,

sem esquecer a flexibilidade dos sistemas e sua fácil utilização.

Com instalações em Aveiro e Lisboa, a Bosch Termotecnologia SA conta com uma equipa de

aproximadamente 1100 colaboradores, para desenvolver a sua atividade.

Em Cacia, Aveiro, encontra-se a sede da empresa, a Administração, os Departamentos de

Exportação, de Crédito e de Recursos Humanos, entre outros. Também se localiza aqui a fábrica

desta divisão em Portugal, conhecida por “fábrica da Vulcano”. Nesta se produz toda a gama de

esquentadores, bem como alguns dos modelos de caldeiras, coletores solares e bombas de calor,

comercializados pelo grupo. Aqui trabalham a maioria dos seus colaboradores (cerca de 1000).

Em Lisboa, encontram-se os departamentos dedicados à comercialização dos produtos em

Portugal, nomeadamente os departamentos de Marketing, Comercial e de Assistência Técnica, bem

como o Gabinete de Estudos e Dimensionamento.

Da variada gama de produtos comercializados pela Bosch Termotecnologia SA em Portugal,

os mais conhecidas apresentam-se sob as marcas Vulcano, Junkers e Buderus.

7

2. Soluções Solares Térmicas para Produção de AQS em Edifícios de

Habitação Multifamiliar

2.1. Soluções Solares Térmicas mais Aplicadas em Portugal

De acordo com informação obtida através de pesquisa na internet, da consulta de múltiplos

folhetos e catálogos comerciais de várias empresas, e da experiência recolhida junto do Gabinete de

Estudos e Dimensionamento (GED) da empresa Bosch Termotecnologia SA, são três as soluções

solares térmicas mais utilizadas, em Portugal, para a produção de AQS em edifícios de habitação

multifamiliar, nomeadamente:

Solução i) Sistema solar térmico com captação coletiva de energia e acumulação

coletiva de AQS;

Solução ii) Sistema solar térmico com captação coletiva de energia e acumulação

coletiva de água quente, para inércia, com produção de AQS em estações de

transferência de calor, em cada fração do edifício.

Solução iii) Sistema solar térmico com captação coletiva de energia e acumulação

individual de AQS, em cada fração do edifício;

De seguida descreve-se cada uma destas soluções, recorrendo inclusive a esquemas de

princípio, de forma à melhor perceção da forma de funcionamento e dos principais equipamentos

constituintes das mesmas.


AQS (Solução i)

Esta solução solar térmica caracteriza-se por apresentar, de forma centralizada, a produção e

fornecimento de AQS, ou de água pré aquecida, captando a energia proveniente da radiação solar

através de um campo único de coletores, comum ao edifício, acumulando essa energia em depósitos

acumuladores localizados numa zona técnica adequada, e alimentando a rede predial de distribuição

de AQS.

Descreve-se de seguida o funcionamento deste sistema, com referência aos seus principais

componentes. De forma a uma melhor perceção da solução em estudo, apresenta-se também, na

Figura 1, um esquema de princípio representativo desta solução, na sua configuração com apoio

individual por fração (denominada solução i-1), sendo que, na Figura 18 do anexo 1, se apresenta

outra configuração possível, com apoio centralizado (denominada solução i-2).

8

Figura 1 - Esquema de princípio de funcionamento da Solução i-1

No esquema anterior, bem como nos restantes deste trabalho, aplica-se a seguinte simbologia:

Depósitoacumulação

solar deA Q S

CV

CE

ST

STCV

CE

Circuito de climatização(independente docircuito solar de AQS)

ST

ST

ST

ST

ControladorSolar

ST

MC i r c u i t o d e d i s s i p a ç ã o

Sistema deapoio tipo 2

CV

ST

ST


9

Figura 2 - Simbologia utilizada nos esquemas dos sistemas solares térmicos

Observação: O esquema anterior, bem como os restantes esquemas de princípio apresentados

neste capítulo, são meramente representativos das soluções solares de produção de AQS neles

representadas, pelo que os modelos e quantidades de equipamento de produção de AQS, bem como

os acessórios de instalação a aplicar em casos concretos, deverão ser selecionados em funções das

características reais e nível de conforto pretendido para os edifícios onde estas soluções forem

aplicadas.

Captação de Energia Solar

A captação de energia solar é realizada por intermédio de uma ou várias baterias de coletores

solares, instalados num local com exposição solar adequada. A energia captada pelos coletores será

transferida para um fluído térmico, denominado fluído solar, que deverá conter as proporções de

água, dos inibidores de corrosão adequados, e de anticongelante (glicol) de acordo com as

temperaturas mínimas registadas no local onde serão instalados, de modo a proteger

convenientemente a instalação hidráulica. De realçar que cada bateria de coletores deverá incorporar

os acessórios hidráulicos adequados, tais como purgadores, válvulas de segurança, reguladores de

caudal (se necessários para garantir o equilíbrio hidráulico), entre outros, de modo a proteger o

campo de coletores e assegurar o funcionamento da instalação com o rendimento adequado. Deve-

se ter especial cuidado em respeitar as especificações técnicas de instalação do campo de coletores,

inclusive as exigências de fixação de acordo com as condições de vento e cargas de neve aplicáveis,

de forma a se garantir, não só o bom funcionamento dos mesmos, mas também a segurança da

instalação que farão parte integrante.

Circuito hidráulico Primário Solar

O circuito hidráulico primário solar (circuito fechado) é responsável por garantir o transporte

da energia solar térmica captada, entre o campo de coletores, já referido, e o permutador do depósito

solar de acumulação de AQS (ver Figura 1). Para tal será necessário prever a tubagem e respetivo

isolamento térmico, acessórios hidráulicos, bem como grupos de circulação, de segurança e de

controlo, preparados para funcionar corretamente no campo de temperaturas máximas a que o

circuito hidráulico estará sujeito.

Bomba circuladora

LT

Válvula de 3 vias motorizadacom servocomando

Válvula de corte

Válvula Manual de Regulaçãode Caudal

Válvula anti-retorno

Válvula Automática deRegulação de Caudal

Válvula de by-pass diferencial

Electroválvula

Purgador automático de ar

Válvula de mistura termostática

Válvula de segurança comesgoto sinfonado

Válvula de segurança erecipiente de recolha

Separador de ar

Vaso de expansão fechado

Válvula de mistura termostática Indicador de caudal

Termómetro

Sonda de temperaturaST

Permutador de Placas

LTSC

Sensor de caudalSC

Limitador de temperatura

Módulo de produção instantânea deAQS (inclui permutador de calor)

Contador de energia

Contador volumetricoCV

CE

Circuito de abastecimento deágua fria da rede

Circuito de abastecimento deágua quente sanitária

Circuito eléctrico

Unidade de dissipação de calorM

Circuito fechado solar - Avanço

Circuito fechado solar - Retorno

Água Fria da Rede

10

Os traçados e diâmetros de tubagem devem ser devidamente dimensionados, de forma a se

permitir velocidades de circulação e perdas de carga adequadas ao correto funcionamento da

instalação.

O grupo de circulação deste circuito é responsável por fazer recircular o fluído solar entre o

campo de coletores e o permutador do acumulador solar, pelo que deverá dimensionado para superar

as perdas de carga decorrentes da resistência à circulação do fluído, garantindo um caudal que

otimize a transferência da energia captada para a água de consumo. Este grupo deverá, além da

bomba de circulação, incluir os acessórios de medição e regulação, que permitam o seu “ajuste” às

condições de funcionamento recomendadas para o circuito onde está inserido.

De forma a proteger a instalação das dilatações decorrentes do aquecimento do fluído solar,

e evitar que as válvulas de segurança atuem frequentemente (o que originaria frequentes

intervenções de reparação indesejadas), deverá também ser contemplado um vaso de expansão,

devidamente dimensionado para o volume, pressão e temperatura máxima esperada no circuito

primário solar.

O controlo do grupo de circulação, já referido, será realizado por um controlador solar, que

em função do diferencial de temperatura dos pontos de maior e menor temperatura do circuito, a atua

somente quando a energia solar disponível assim o justifique. O controlador deverá ainda prever a

atuação da bomba de circulação em condições meteorológicas extremas que possam congelar a

instalação no exterior do edifício, protegendo assim o funcionamento do circuito primário.

Será aconselhável também, caso a dimensão do sistema o justifique e se preveja a

possibilidade da instalação sofrer períodos de reduzido consumo de AQS (inferiores aos

considerados em projeto), a instalação dum circuito de dissipação dos excedentes da energia solar

captada. Estando instalado, quando a temperatura no campo de coletores atinge um máximo

definindo, o fluído solar é desviado para o circuito de dissipação (ver zona circunscrita a traço-ponto

no esquema da Figura 1), onde, através de equipamento adequado se dissipa os excedentes de

energia, fazendo-o retornar à bateria de coletores mais frio. Evitam-se assim as situações de

sobreaquecimento da instalação, nomeadamente no verão, em que a radiação solar incidente é

maior. Evitando o sobreaquecimento, evita-se as altas pressões originadas pelo mesmo, com perdas

de líquido solar (por descarga de segurança) e a ebulição e separação da água e glicol prejudiciais à

instalação, evitando também as intervenções de reparação desnecessárias e os custos associados.

Acumulação do sistema solar e Produção de AQS

Tendo em conta que, em geral, num edifício de habitação, os períodos de maior necessidade

de consumo de AQS estão desfasados dos períodos úteis de captação de energia solar, será

necessário, para obter um aproveitamento máximo do campo de coletores, prever um depósito (ou

vários), onde se acumula a água recebida da rede, e para o qual se transfere a energia captada pelos

coletores solares. Consegue-se desta forma “armazenar” a energia solar captada ao longo do dia, de

forma a ser utilizada nos períodos em que realmente é necessária.

11

Na solução em causa, o volume de água acumulado pelo sistema solar ficará todo

concentrado numa única zona técnica, em depósitos adequados, pelo que esta deverá possuir uma

dimensão adequada para a instalação dos mesmos, bem como o edifício deverá ser dimensionado

para suportar o acréscimo de peso, a que os mesmos sujeitam a estrutura, quando cheios.

A permuta de energia solar captada para a água do(s) depósitos(s) acumulador(es) faz-se

fazendo circular o fluído solar por um permutador interno ou por um permutador externo ao(s)

depósito(s), consoante o modelo de depósito aplicado (ver depósito com permutador externo na

Figura 1).

Caso o sistema solar de produção de AQS pretendido, seja com apoio individual por fração,

como representado na Figura 1, este depósito fará diretamente a alimentação da rede de distribuição

com água quente sanitária, ou pré aquecida (se a energia solar captada não tiver sido suficiente), às

diversas frações do edifício.

Caso se pretenda um sistema de produção de AQS totalmente centralizado, tanto ao nível do

sistema solar, como ao nível do sistema de apoio (ver Figura 18 do anexo 1), a fonte térmica de apoio

ficará associada a um segundo permutador, instalado na metade superior do depósito solar (caso dos

depósitos de dupla serpentina), ou, preferencialmente, instalado num segundo depósito de

acumulação (depósito de apoio), que fica ligado em série (a jusante) com o depósito solar. De realçar

que, de ambas as soluções de apoio referidas, a solução com apoio através de um segundo depósito

individual, exclusivo para o efeito, é preferível (considerando que o mesmo possui bom isolamento

térmico, que minimize as perdas de energia pela sua superfície), porque, ao separar o volume de

aquecimento solar do volume de aquecimento de apoio, permite não só que o depósito solar seja

aquecido exclusivamente pela energia solar captada, bem como que se atinjam maiores diferencias

de temperatura entre o campo de coletores e a água contida no depósito solar, aumentando o

rendimento da instalação (ao existirem maiores diferencias de temperatura, permite-se “transferir”

mais energia para o acumulador solar). Ao se fornecer a água já quente a cada fração, não será

necessária a instalação de equipamento de apoio nas mesmas, minimizando o espaço ocupado pelo

sistema de produção de AQS.

Para ambas as soluções acabadas de referir, com apoio individual ou centralizado, será

necessário prever um contador volumétrico à entrada do depósito solar (contador do condomínio), de

forma a se medir o volume de água a pagar à rede (somatório dos consumos individuais de cada

fração, acrescido de outros consumos ou perdas que ocorram). De realçar que, nesta solução, o m3

de água fornecido pela rede será pago a um valor superior ao que pagaria um consumidor individual,

dada a forma de cobrança da água, vigente no nossa país, que, sob a forma de escalões, aumenta o

preço da unidade de água consumida, em função do volume consumido.

Será ainda necessário instalar contadores volumétricos à entrada de cada fração, de forma a

se contabilizar o volume de água consumida por cada uma, bem como, para uma contabilização

correta da quantidade de energia consumida por fração, contadores de energia (entálpicos), sendo

que existem equipamentos com as duas funções.

12

Deve-se ter em conta que a rede hidráulica de distribuição de AQS, às diversas frações, tem

de ser dimensionada de forma a assegurar o fornecimento de AQS, de acordo com a simultaneidade

pretendida, bem como deve possuir isolamento adequado, de forma a minimizar as perdas

energéticas. Dependendo da sua dimensão, deve ser analisada a necessidade de um circuito de

recirculação de AQS, como representado na Figura 1.

Sistemas de Apoio

Dada a existência de períodos, sobretudo no inverno ou em períodos de maior consumo de

AQS, em que a energia solar captada possa ser insuficiente para a produção, à temperatura

pretendida, da quantidade de AQS necessária ao consumo das diversas frações do edifício, é

necessário prever um sistema que complete o aquecimento da água até esse valor, sempre que

necessário. Este deverá inclusive possuir capacidade suficiente para, em caso do sistema solar não

estar a funcionar por manutenção ou avaria, produzir a quantidade de AQS suficiente à satisfação

das necessidades do edifício.

Este sistema, denominado sistema de apoio, poderá ser de diversos tipos, consoante o

sistema solar a que dará apoio, o nível de conforto pretendido e as fontes de alimentação ao mesmo

(eletricidade, gás ou gasóleo), disponíveis no edifício.

Sistema de Apoio Centralizado: Com já referido, no sistema solar em causa, o apoio

centralizado realiza-se através da associação de uma fonte térmica adequada a um

permutador, instalado na metade superior do depósito solar ou instalado num segundo

depósito (depósito de apoio) o qual fica em série com o depósito solar. Sempre que o

controlador deste sistema detete, através de medições de temperatura em pontos adequados

do(s) depósito(s), que a energia solar captada não está a ser suficiente para aquecer a água

até à temperatura pretendida, então põe em ação a fonte térmica de apoio, até esse valor ser

atingido. Além da potência necessária à produção de AQS, caso se pretenda que a fonte

térmica de apoio também seja utilizada na climatização das frações do edifício (através da

alimentação de uma rede de circuitos de aquecimento, independentes do circuito solar de AQS,

e onde estejam instaladas unidades dissipadoras de calor), deve-se prever a potência adicional

à mesma, necessária a esse fim.

Tipicamente, como fontes térmicas desta solução, utilizam-se caldeiras de chão ou murais, a

gás ou gasóleo, instaladas numa zona técnica adequada. No entanto, por vezes são utilizadas

fontes térmicas de alimentação elétrica, como por exemplo chillers, bombas de calor, ou então,

de menor eficiência mas mais baixo custo, resistências elétricas inseridas no interior do

depósito de apoio.

Sempre que a dimensão do edifício o justifique, deve-se prever redundância no sistema de

apoio, através da instalação de mais que uma única fonte térmica (com potencias adequadas),

de forma a, em períodos de manutenção ou avaria de uma das fontes térmicas, se garantir um

nível de conforto mínimo na distribuição das AQS aos utilizadores do edifício.

13

Sistema de Apoio Individual, por fração: Nos casos em que se pretenda uma solução com

apoio individual no interior de cada fração do edifício, por exemplo para simplificar a contagem

dos consumos individuais em energia de apoio, então deverá ser prevista a instalação de

equipamento adequado para esse fim, em cada fração. Existem diversos equipamentos

possíveis de utilizar para apoio, sendo que alguns permitem também ser utilizados para a

climatização da fração (através de um circuito independente do circuito solar de AQS). Para

simplificação, neste trabalho classificou-se os sistemas de apoio da forma a seguir indicada,

que não pretende classificar o princípio de funcionamento dos mesmos (que diverge) mas as

suas capacidades e a forma como estão interligados ao sistema solar (ver Figura 1):

- Sistema de apoio tipo 1: Engloba os sistemas de apoio cujo equipamento aplicada se

destina exclusivamente ao aquecimento da água sanitária, sendo o apoio realizado

através da passagem da água pré aquecida (proveniente do acumulador solar) pelo

interior do mesmo. Encontram-se neste grupo os esquentadores termostáticos e os

termoacumuladores (a gás ou elétricos), bem como as bombas de calor (elétricas) que

só produzem AQS, entre outros.

- Sistema de apoio tipo 2: Engloba os sistemas de apoio cujo equipamento aplicado,

além de realizar o apoio ao aquecimento da água sanitária, através da passagem da

água pré aquecida (proveniente do acumulador solar) pelo interior do mesmo, também

realiza o aquecimento ambiente da fração, através da alimentação, em circuito fechado

(independente do circuito solar) de um conjunto de unidades dissipadoras de calor.

Encontram-se neste grupo as caldeiras termostáticas de águas instantâneas (geralmente

murais, a gás), as bombas de calor (elétricas) de duplo serviço e com acumulador

incorporado, entre outros.

Com a instalação de equipamento de apoio adequado, garante-se que o mesmo funciona

somente como complemento ao sistema solar térmico, completando o aquecimento da água pré

aquecida, quando necessário, garantindo-se assim o fornecimento das AQS, sem interrupções nem

oscilações da temperatura de conforto para os utilizadores. Consegue-se assim uma otimização dos

consumos energéticos associados à produção de AQS e a diminuição das respetivas emissões de

gases efeito de estufa.

2.1.2. Sistema solar térmico com Captação Coletiva de Energia e Acumulação

Coletiva de Água Quente, para Inércia, com Produção de AQS em Estações de

Transferência de Calor, em cada fração do edifício (Solução ii)

Esta solução solar térmica caracteriza-se por apresentar, de forma centralizada, a produção

de água quente, ou de água pré aquecida, captando a energia proveniente da radiação solar através

de um campo único de coletores, comum ao edifício, acumulando essa energia em depósitos

acumuladores, de inércia, localizados numa zona técnica adequada, sendo essa energia

disponibilizada a estações de transferência de calor (que possuem permutadores de calor), instaladas

14

nas frações, através das quais é aquecida, ou pré aquecida, a água fria proveniente da rede, que

alimentará, após passar pelo equipamento de apoio, a rede de distribuição de AQS da fração (ver

Figura 3).

Figura 3 - Esquema de princípio de funcionamento da Solução ii

ST

ST

ST

ST

ST

M



ControladorSolar

C i r c u i t o d e d i s s i p a ç ã o


solar deinércia


LTSC

LTSC

15

Nesta solução solar de produção de AQS, a Captação de Energia Solar bem como o

Circuito hidráulico Primário Solar, funcionam de forma idêntica aos do sistema i.

Acumulação de Inércia do sistema solar e Produção de AQS

A acumulação de água quente neste circuito solar funciona de forma semelhante ao do

sistema i, com as mesmas condicionantes ao nível da zona técnica de instalação dos depósitos,

sendo as diferenças somente ao nível da forma como se produzem as AQS. Estas deixam de ser

produzidas diretamente no acumulador solar, que deixa de precisar de possuir revestimento interior

adequado para AQS, e passam a ser produzidas dentro das próprias frações, por permuta de calor

em estações de transferência. Portanto, nesta solução, e ao contrário do sistema i, em que a água

quente acumulada, era distribuída diretamente pelas frações, essa água é agora utilizada somente

como fluído térmico de “armazenamento” e “transporte” da energia, em circuito fechado, até às

frações. Sempre que o controlador solar detetar a existência de energia suficiente acumulada, e

houver solicitação de consumo de AQS, por parte das frações, o grupo de circulação do circuito de

distribuição entrará em funcionamento, fazendo circular a água quente entre o acumulador solar e as

estações de transferência de calor instaladas em cada fração. Nestas realiza-se então, através do

seu permutador, a transferência de energia para a água proveniente da rede, aquecendo-a. Refira-se

que, ao longo deste trabalho, estas estações também serão denominadas por módulos de produção

instantânea de AQS.

Devido ao elevado caudal exigido no primário destes módulos de produção instantânea de

AQS (como se poderá verificar mais à frente, quando for feita a descrição do equipamento), se for

necessário o funcionamento de todos os módulos em simultâneo (todas as frações a necessitar de

água quente, em simultâneo), o caudal total em circulação no circuito de distribuição do circuito de

distribuição será muito elevado. Sabendo que caudais muito elevados implicam prever uma rede de

distribuição com diâmetros de tubagem muito elevados, bem como grupos de circulação de elevada

capacidade, os gastos em tubagem, grupos de circulação e energia serão muito elevados. Para

diminuir estas necessidades, e custos associados, é frequente adotar um coeficiente máximo de

simultaneidade, em função do nível de conforto pretendido para o edifício. Considera-se então que,

das diversas frações existentes, somente algumas necessitarão de consumo simultâneo de AQS,

sendo a rede de tubagem e grupos de circulação dimensionados para esse máximo considerado.

De forma a minimizar as perdas de energia pela tubagem, bem como a garantir que não é

ultrapassada a temperatura máxima admissível pelas estações de transferência, é necessário instalar

uma válvula misturadora termostática à saída do acumulador solar, que limite a temperatura máxima

de alimentação do circuito de distribuição. De forma a equilibrar os caudais de distribuição de energia

pelas diversas frações, deverão ainda ser previstos limitadores de caudal, a associar ao circuito de

retorno de cada módulo de produção instantânea de AQS (ver Figura 3).

Devido ao módulo de produção instantânea de AQS ser de reduzidas dimensões, este

sistema é adequado para edifícios cujas frações possuam pouco espaço disponível para a instalação

16

do equipamento de produção de AQS, sendo que o módulo pode ser instalado diretamente por baixo

do equipamento de apoio (tipicamente um esquentador ou uma caldeira de águas instantâneas), ou

então noutra zona próxima, adequada. Com este sistema, todo o volume de água sanitária

consumida na fração, incluindo as AQS, é contabilizada pelo contador volumétrico da própria fração,

pelo que só é necessária a instalação de contadores de energia, por fração, se se pretender medir e

cobrar, de uma forma diferenciada, e mais justa, a quantidade de energia consumida por fração. No

entanto deve-se ter em conta que esta medição exige um investimento inicial maior em equipamento,

bem como mais trabalho de gestão, por parte do condomínio.

Sistemas de Apoio

Os sistemas de apoio mais utilizados, para a solução solar em causa, são os sistemas com

apoio Individual por fração, quer sejam do tipo 1 ou do tipo 2, já definidos anteriormente.

Sendo esta solução tipicamente aplicada em frações com pouco espaço disponível para o

equipamento, de entre os equipamentos de apoio possíveis, os mais utilizados são os esquentadores

ou as caldeiras murais, devido à sua reduzida dimensão, face aos outros equipamentos, como por

exemplo os termoacumuladores.

Note-se que, para o correto funcionamento deste sistema solar, com um apoio do tipo

centralizado, seria necessário garantir uma temperatura considerável e contínua à saída do

acumulador solar, bem como um caudal elevado em circulação no circuito de distribuição, de forma

às estações de transferência, que necessitam de uma temperatura e de um caudal elevado no

circuito primário do seu permutador (como será visto quando da sua descrição), fornecerem as AQS a

um valor de conforto. Tendo em conta a natureza dos sistemas solares, com flutuações da energia

captada ao longo do ano, bem como a quantidade considerável de energia térmica “perdida” na

recirculação da água quente pelo circuito secundário (devido às elevadas secções de tubagem,

consequência dos elevados caudais), seria necessária a atuação frequente da fonte térmica de apoio,

o que originaria consumos consideráveis, face a uma situação em que as fontes térmicas de apoio se

limitem a atingir a temperatura pretendida, como acontece com a utilização de apoio individual.

2.1.3. Sistema solar térmico com Captação Coletiva de Energia e Acumulação

Individual de AQS, em cada fração do edifício (Solução iii)

Esta solução solar térmica caracteriza-se por apresentar, de forma centralizada, a captação

de energia proveniente da radiação solar, através de um campo único de coletores, comum ao

edifício, sendo essa energia distribuída, de uma forma equilibrada e proporcional (ao número de

utilizadores), por depósitos acumuladores instalados em cada fração (ver Figura 4). Nestes é

acumulada a energia captada, sob a forma de AQS, para utilização pelas frações, sempre que

necessário.

Nesta solução solar a Captação de Energia Solar funciona de forma idêntica ao já referido

para as soluções i e ii.

17

Circuito hidráulico Solar

O circuito hidráulico (circuito fechado) é responsável por garantir o transporte da energia solar

térmica captada, entre o campo de coletores, e os depósitos de acumulação de AQS, instalados nas

diversas frações. Existem três configurações possíveis para o circuito hidráulico solar desta solução,

originando três configurações possíveis da mesma, indicadas a seguir.

iii-1) Circuito hidráulico único, entre o campo de coletores e os depósitos de

acumulação;

iii-2) Existência de um circuito hidráulico primário, separado do circuito secundário de

distribuição de energia aos depósitos, por um permutador de calor;

iii-3) Existência de um circuito hidráulico primário, separado do circuito secundário de

distribuição de energia aos depósitos, por um acumulador de inércia.

Por ser a mais aplicada, apresenta-se na página seguinte o esquema de princípio da

configuração iii-2, a qual se denominará por solução iii-2, sendo os esquemas das restantes

configurações desta solução apresentadas no Anexo 1.

Na solução iii-1 existe um único circuito hidráulico, fechado, entre o campo de coletores e os

depósitos de acumulação (ver Figura 19). O grupo de circulação deste circuito é responsável por

fazer recircular o fluído solar entre o campo de coletores e os permutadores de cada depósito,

(geralmente permutadores internos de serpentina), e deverá, além de uma bomba de circulação com

capacidade adequada, incluir os acessórios de medição e regulação, que permitam o seu “ajuste” às

condições de funcionamento recomendadas para o circuito onde está inserido.

Na solução iii-2, é aplicado um permutador de calor (geralmente de placas), de forma a

permitir, além da transferência de energia, uma separação hidráulica entre o fluído em circulação no

campo de coletores (no exterior do edifício) e o fluído em circulação no circuito de distribuição (no

interior do edifício) que alimenta os permutadores dos depósitos (ver Figura 4). Esta separação

hidráulica dá origem a dois circuitos fechados, denominados circuito primário e circuito secundário,

permitindo que somente no primário seja necessário utilizar fluído solar, por ficar no exterior do

edifício, logo sujeito a temperaturas mais baixas. No circuito secundário, por ficar no interior do

edifício, sem risco de congelação, pode-se utilizar somente água (tratada) como fluído térmico. Esta

separação permite ainda a utilização de caudais diferenciados entre circuito primário e secundário.

Na solução iii-3, a utilização de um acumulador intermédio, a separar entre circuito hidráulico

primário e secundário (ver Figura 20), permite, além das vantagens indicadas para a solução iii-2,

prever um volume de inercia, de forma a “armazenar” energia adicional à dos depósitos individuais.

Esta solução é adequada para edifícios em que o espaço disponível nas frações somente permita a

instalação de depósitos de pequenas dimensões, inferiores ao pretendido. Tem no entanto como

requisito a existência de uma zona técnica comum, com dimensão e estrutura adequada para o

volume e peso (quando cheio), que o depósito de inércia sujeita a instalação. Tem como

18

desvantagem, um atraso na transferência de calor para o circuito de distribuição, visto que o volume

de inércia tem de aquecer, para então se poder transmitir energia para o circuito de distribuição.

Figura 4 - Esquema de princípio de funcionamento da Solução iii-2

C i r c u i t o d e d i ss i p a ç ã o

ControladorSolar

ST

ST

ST

ST

ST

ST

ST

Termostatodiferencial





Dep.AQS

Dep.AQS

Dep.AQS




ST ST

STST

ST

M

19

As soluções iii-2 e iii-3, por possuírem dois circuitos hidráulicos fechados, nomeadamente

circuito primário solar e circuito secundário de distribuição de energia aos depósitos, necessitam da

instalação de dois grupos de circulação e segurança, um por circuito.

Nas três soluções acabadas de referir, será também necessário prever limitadores de caudal

que permitam distribuir, de forma equilibrada e proporcional, a energia (fluído térmico) pelos

depósitos das diversas frações, bem como controladores que, através da atuação de válvulas

adequadas, permitam a passagem do fluído térmico pelos permutadores desses depósitos somente

quando estes necessitarem de ser aquecidos.

Quanto aos grupos de circulação, serão controlados, tal como nas soluções i e ii, por um

controlador solar, que em função do diferencial de temperatura dos pontos de maior e menor

temperatura do circuito, os atuam, se a energia solar disponível assim o permitir. Este controlador

também deverá atuar os grupos de circulação caso seja necessário proteger o circuito, quer de

condições meteorológicas extremas, que possam levar ao congelamento do fluído térmico, quer em

caso de acumulação excessiva de energia solar no campo de coletores (devido a reduzido consumo

de AQS, por exemplo), em que seja necessário efetuar a sua dissipação para um circuito dissipador

de calor (se instalado).

Acumulação do sistema solar e produção de AQS

Nestas soluções solares, do tipo iii, são utilizados depósitos individuais, instalados em cada

fração, nos quais a água sanitária, recebida da rede, é aquecida através do seu permutador. Dado

estes depósitos só necessitarem de acumular a quantidade de AQS suficiente para o consumo da

própria fração, e pela condicionante de se minimizar o espaço ocupado, geralmente utilizam-se

depósitos pequenos, com permutador interno, de serpentina.

Caso seja possível a instalação de depósitos com o volume adequado ao consumo previsto

em cada fração, este sistema permite, aos utilizadores de diferentes frações, beneficiarem do sistema

solar em igualdade de circunstâncias, independentemente da hora a que esses consumos se

verifiquem. Dado a diferenciação, através de limitadores de caudal e do volume dos depósitos, da

energia disponibilizada a cada fração, neste sistema geralmente dispensa-se a instalação de

contadores de energia.

Sistemas de apoio

Tal como para os restantes sistemas solares térmicos, estas soluções do tipo iii também

necessitam de equipamento para apoio ao aquecimento da água sanitária. Dadas as configurações

dos sistemas solares em causa, somente é possível a instalação de sistemas de apoio individual, por

fração.

Sistema de apoio individual, por fração: Nestas soluções podem-se aplicar os sistemas de

apoio individuais, tipo 1 e tipo 2 já descritos anteriormente. No entanto, dado os depósitos se

encontrarem no interior das frações, existe ainda a possibilidade do apoio se realizar no interior

dos mesmos, caso estes também possuam um permutador para associação à fonte térmica de

20

apoio. Consegue-se assim que as AQS sejam fornecidas à rede diretamente do depósito solar,

sem as limitações de caudal causadas pelos sistemas do tipo 1 e 2. Neste tipo de apoio, a que

se denominará por Sistema de apoio tipo 3, geralmente utilizam-se depósitos de dupla

serpentina, sendo a serpentina inferior para associação ao circuito solar e a serpentina superior

para associação á fonte térmica de apoio (ver Figura 18).

Como fontes térmicas podem-se utilizar caldeiras de águas por acumulação (geralmente

murais, a gás), bombas de calor (elétricas), entre outros, que, além de apoio ao sistema solar,

costumam também permitir o aquecimento ambiente da fração (alimentando um conjunto de

unidades dissipadoras de calor).

21

2.2. Componentes dos Sistemas Solares Térmicos

Para a execução de cada uma das soluções solares acabadas de descrever, é necessário um

conjunto de equipamentos que, além do equipamento solar propriamente dito, como é o caso dos

coletores e acumuladores, engloba: grupos de circulação, equipamentos de proteção e segurança,

tais como vasos de expansão e válvulas de segurança, além da tubagem, isolamentos e diversos

acessórios de instalação, tais como válvulas de corte, purgadores, entre outros. Para a sua instalação

são ainda necessários meios (ferramentas, meios de transporte do equipamento, etc.) e pessoal

qualificado.

Dado que não é objetivo deste trabalho caracterizar em pormenor os equipamentos aplicados

na execução das instalações solares de produção de AQS, por não trazer mais valias significativas

para o atingir dos objetivos pretendidos, neste capitulo, faremos somente uma breve descrição dos

coletores solares propriamente ditos, passando-se de seguida à descrição de como se dimensiona

um sistema solar térmico.

2.2.1. Coletores Solares

Os coletores solares têm por função captar a energia solar e transferi-la para o fluído térmico

que circula no seu interior. Existem diversos tipos de coletores, sendo os mais utilizados para a

produção de AQS os coletores solares planos, por geralmente apresentarem a melhor relação custo-

desempenho. Por este motivo, para a preconização dos casos de estudo deste trabalho será

considerado este tipo de coletores. Tal como representado na Figura 5, estes costumam ser

constituídos na parte lateral e parte de trás, por uma estrutura em forma de caixa, que tem por função

suportar os diversos componentes do coletor e possuir pontos de fixação, onde, através de suportes

adequados, estes serão fixos à cobertura do edifício.

Figura 5 – Representação em corte de um coletor solar plano do modelo FKC-2S8 8 Imagem retirada do manual [6], facultado pela Vulcano em 04/05/2012.

22

Sobre a caixa do coletor assenta uma cobertura transparente, geralmente de um vidro com

propriedades seletivas, que permita elevada transmissividade (τ) e baixa reflectividade (ρ) [3],

maximizando a transmissão da radiação solar incidente para o interior do coletor.

No interior do coletor encontra-se um absorsor, constituído por uma chapa (ou por várias

chapas em paralelo, de menor dimensão), unidas, por soldadura ou por prensagem, a um ou dois

tubos em forma de serpentina, ou a uma grelha de tubos paralelos, ligados nas suas extremidades a

dois tubos de diâmetro superior, como é o caso da Figura 5. Estes tubos costumam ser de cobre

devido à elevada condutibilidade térmica do mesmo. Em alternativa, alguns coletores possuem os

canais moldados nas próprias chapas do absorsor [3].

O absorsor é então responsável por absorver a radiação solar nele incidente e transferir a

energia térmica para o fluído que circula nos tubos ou canais a ele anexos. Para se maximizar a

absorção da energia captada e diminuir a emissão da mesma, costuma também ser aplicado, sobre a

chapa metálica do absorsor, um revestimento seletivo que apresente uma absorsividade (α) distinta

para os pequenos e grandes comprimentos de onda, minimizando as perdas [3].

Entre o absorsor (e o conjunto de tubos a ele unidos) e a caixa do colector solar, existe ainda

um isolamento, de material adequado para suportar as temperaturas que se podem atingir, de forma

a minimizar as perdas de energia pela superfície da caixa. Geralmente é utilizada a lã de rocha ou a

lã de vidro.

O conjunto de componentes do coletor acabados de referir, sobretudo a caixa e a cobertura

transparente, bem como as fixações dos coletores à cobertura, devem possuir robustez suficiente

para suportar os esforços elevados a que os coletores estão sujeitos durante a sua vida útil,

sobretudo devido à ação do peso da neve e dos ventos fortes. Devem ainda possuir elevada

durabilidade, de forma a atingirem, desde que sujeitos a manutenção adequada, um longo período de

vida útil, maximizando o retorno no seu investimento.

A análise do desempenho de um coletor solar é feita através da medição de um conjunto de

parâmetros, sendo que, de acordo com [3], os mais relevantes se definem da seguinte forma:

o Eficiência do coletor (ƞ): “razão entre a energia convertida em calor e a radiação incidente no

coletor. Depende da diferença de temperatura entre o absorsor e o meio ambiente, bem

como da radiação solar global”.

o Eficiência ótica do coletor (fator de conversão ƞo): “percentagem de radiação incidente no

coletor que pode ser convertida em calor e é dada pelo produto da transmissividade da

cobertura com a absorsividade do abosrsor (ƞo = τ α). Corresponde à situação em que o

fluído no painel se encontra à temperatura ambiente, ou seja, quando as perdas por

condução-convecção são nulas”.

o Fator de perda de calor (ƞk): “representa, em percentagem, a perda de calor devida ao

desenho e ao isolamento térmico do coletor. Depende da diferença de temperatura entre o

absorsor e o meio ambiente”.

23

o Temperatura de estagnação: “temperatura máxima que o absorsor pode atingir e tem lugar

quando as perdas de calor para a atmosfera forem iguais ao calor absorvido pelo absorsor”.

De forma a permitir uma comparação correta entre diversos coletores, de diferentes

fornecedores, existem identidades certificadas, e normas definidas, para a obtenção dos seus valores

de desempenho, os quais são então compilados em formatos adequadas, como exemplificado na

Figura 22. Estes dados costumam estar disponíveis em sites partilhados, para consulta pelos

profissionais da área.

Na Europa (inclusive no nosso país), a norma principal para a determinação dos valores

característicos dos coletores é a norma EN 12975, que, para a determinação da curva característica

do rendimento de um coletor solar, aplica a seguinte expressão:

η = � − �� − � �

�� − �� − � ��

�� (2.2.1)

sendo que, além dos símbolos já anteriormente definidos, temos:

o a1 - Coeficiente linear de perdas térmicas [W/m2 K]

o a2 - Coeficiente quadrático de perdas térmicas [W/m2 K2]

o Tm – Temperatura média de trabalho do fluido no absorsor [K]

o Ta – Temperatura ambiente [K]

o �� – Irradiância [W/m2]

24

2.3. Dimensionamento de Sistemas Solares Térmicos de AQS, em Edifícios de

Habitação

2.3.1. Principais Passos a Seguir

Para a definição do sistema solar térmico para produção de AQS a instalar num edifício,

serão necessários os seguintes passos, além de se respeitar as boas práticas de dimensionamento,

conhecidas pelos projetistas, e regulamentação própria que possa existir no concelho em causa.

1º) Selecionar o tipo de solução a aplicar, a qual deve ser escolhida em função da configuração

do edifício, zonas técnicas disponíveis, nível de conforto pretendido e, não menos

importante, do tipo de gestão do sistema a praticar pelo condomínio;

2º) Quantificar, de acordo com a regulamentação ou indicações existentes, os consumos de

AQS, sendo que, no caso de um edifício de habitação costuma ser associado ao número de

utilizadores, considerando-se um determinado valor de consumo por utilizador;

3º) Tendo em conta as necessidades de consumo de AQS, bem como as limitações de espaço

e estruturais do edifício, definir o volume e modelos do(s) depósito(s) a aplicar, na zona

técnica comum do edifício, caso se trate de uma solução com acumulação centralizada, ou

no interior de cada fração, caso se trate de uma solução com acumulação individual;

4º) Definir o tipo de equipamento de apoio a aplicar;

5º) Com base nos dados já referidos, bem como nos seguintes:

o Localização do edifício (concelho);

o Características da cobertura onde serão instalados os coletores, nomeadamente:

espaço disponível para instalação de coletores, sua orientação e inclinação (se for

telhado inclinado); obstáculos significativos que façam sombras sobre os coletores;

o Condições climatéricas típicas da zona que possam afetar o rendimento dos coletores;

o Distância entre o campo de coletores e os acumuladores;

já se consegue fazer uma estimativa da contribuição do sistema solar térmico em estudo,

para a produção de AQS. Nesta fase será também necessário escolher o(s) modelo(s) e

quantidades de coletor(s) a estudar bem como estimar os diâmetros da tubagem e

espessuras de isolamento a aplicar, valores estes que poderão ser revistos e alterados,

após cada estimativa de cálculo, se necessário para o atingir dos objetivos do

dimensionamento. Embora existam expressões teóricas para a obtenção dos valores em

causa, na prática o que se costuma fazer, por ser mais prático, rápido, diminuir o risco de

erros, e, no caso de Portugal, ser mesmo obrigatório para fins de aceitação legal dos

projetos (de acordo com o RCCTE, como será demonstrado no subcapítulo seguinte), é

aplicar um programa de cálculo adequado para o efeito.

25

Sempre que houver valores mínimos de energia a superar, de acordo com a

regulamentação aplicável, como acontece por exemplo com o RCCTE e com o conceito de

coletor padrão (definido no subcapítulo seguinte), será necessário, numa primeira fase,

executar os cálculos ou simulações que darão origem a esses valores de referência. Só

depois então se estimam os resultados energéticos da aplicação do número e modelo de

coletores em estudo. De forma a se estudarem diversos cenários é frequente realizar

simulações com diversos modelos e quantidades de coletores.

6º) Com base nos resultados energéticos atingidos e no custo de investimento de cada cenário,

realiza-se então uma análise técnica e económica, de forma a se selecionar a solução mais

adequado aos fins pretendidos.

2.3.2. Regulamento a Cumprir em Portugal - RCCTE9

De acordo com a legislação portuguesa, no projeto dos edifícios de habitação e dos edifícios

de serviços sem sistemas de climatização centralizados, deve-se respeitar as regras do regulamento

RCCTE [1], sendo um dos seus objetivos que “As exigências de conforto térmico, seja ele de

aquecimento ou de arrefecimento, e de ventilação para garantia de qualidade do ar no interior dos

edifícios, bem como as necessidades de água quente sanitária, possam vir a ser satisfeitas sem

dispêndio excessivo de energia”.

O regulamento referido também se aplica às grandes intervenções de remodelação ou de

alteração (cujo valor seja superior a 25% do valor do edifício) na envolvente ou nas instalações de

preparação de AQS dos edifícios de habitação e dos edifícios de serviços sem sistemas de

climatização centralizados já existentes.

No capítulo III do RCCTE são indicados os requisitos energéticos que os edifícios devem

cumprir, sendo que no seu artigo 7º se faz referência à “limitação das necessidades nominais de

energia útil para produção de água quente sanitária”. Dos pontos deste artigo são de realçar os

seguintes aspetos:

o Ponto 1 – “…cada fração autónoma não pode, sob condições e padrões de utilização

nominais, exceder um valor máximo admissível de necessidades nominais anuais de

energia útil para a produção de águas quentes sanitárias (Na), fixado no artigo 15.º…”

o Ponto 2 – “O recurso a sistemas de coletores solares térmicos para aquecimento de

água quente sanitária nos edifícios abrangidos pelo RCCTE é obrigatório sempre que

haja exposição solar adequada, na base de 1 m2 de coletor por ocupante convencional

previsto, …” “…podendo este valor ser reduzido por forma a não ultrapassar 50% da

área de cobertura total disponível, em terraço ou nas vertentes orientadas no quadrante

sul, entre sudeste e sudoeste”.

9 Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios [2].

26

o Ponto 3 – “… entende-se como exposição solar adequada a existência de cobertura em

terraço ou de cobertura inclinada com água cuja normal esteja orientada numa gama de

azimutes de 90º entre sudeste e sudoeste, que não sejam sombreadas por obstáculos

significativos no período que se inicia diariamente duas horas depois do nascer do sol e

termina duas horas antes do ocaso”.

o Ponto 4 – “Em alternativa à utilização de coletores solares térmicos podem ser

utilizadas quaisquer outras formas renováveis de energia que captem, numa base

anual, energia equivalente à dos coletores solares, podendo ser esta utilizada para

outros fins que não a aquecimento de água se tal for mais eficiente ou conveniente.”

Ao analisarmos o ponto 4, e sabendo-se que geralmente as tecnologias aplicadas nas outras

formas de energia renovável, costumam apresentar menor eficiência, ou serem mais dispendiosas

que a tecnologia solar térmica, percebe-se que, sendo obrigatória a instalação de um sistema de

energias renováveis para a produção de AQS, na maior parte dos casos os proprietários das

habitações ou dos edifícios de serviços optarão pela instalação de sistemas solares térmicos.

Analisando com pormenor o método de cálculo das necessidades de energia para preparação

da água quente sanitária (Nac), que se encontra descrito no ponto 1 do anexo VI do regulamento em

causa, verificamos que entra em conta com:

o A energia útil despendida com sistemas convencionais de preparação de AQS (�);

o A eficiência de conversão dos sistemas convencionais de preparação de AQS ( );

o A contribuição solar de sistemas de coletores solares para o aquecimento de AQS

(��);

o A contribuição de outras formas de energia renováveis ou de recuperação de calor para

a produção de AQS (��);

o A área útil de pavimento (��).

Sendo um dos objetivos deste trabalho o estudo da contribuição do sistema solar, e

consequente redução de energia útil despendida com sistemas convencionais de preparação de

AQS, vamo-nos concentrar no cálculo destas duas grandezas. Refira-se no entanto que, para os

casos a estudar neste trabalho, a eficiência de conversão dos sistemas convencionais de preparação

de AQS é conhecida (disponibilizada pelo fabricante dos equipamentos a considerar) e que se vai

admitir que não serão instaladas outras fontes de energia renováveis, além da solar.

Voltando ao cálculo das grandezas � e ��, as mesmas podem-se obter do seguinte

modo, de acordo com os pontos 2 e 4 do anexo VI do RCCTE:

27

� = �� × 4187 × ∇� × ��3600000 [*+ℎ/��.] (2.3.2.1)

Sendo:

o MAQS - Consumo médio diário de referência de AQS [l];

o ∇� - Aumento de temperatura necessária para preparar as AQS [ºC];

o �� – Número anual de dias de consumo de AQS.

Nos edifícios residências consideram-se os seguintes valores de referência:

�� = 40 [0] × �º .234��567 (2.3.2.2)

∇� = 45º9 - Este valor considera que a água da rede pública de abastecimento é

disponibilizada a uma temperatura média de 15ºC e que deve ser aquecida até 60ºC.

�� = 365 dias, em edifícios de utilização permanente.

Quanto ao valor ��, o ponto 4 do anexo VI diz que deve ser calculado utilizando o

programa SolTerm do INETI10 (atual LNEG11). Este ponto diz ainda que a contribuição dos sistemas

solares só pode ser contabilizada, para efeitos do regulamento, se os sistemas ou equipamentos

forem certificados de acordo com as norma e legislação em vigor, instalados por instaladores

certificados pela DGGE e cumulativamente, se houver a garantia de manutenção do sistema em

funcionamento eficiente durante um período mínimo de seis anos após a sua instalação.

De acordo com o Manual de Instalação e Utilização do programa SolTerm, versão 5.1 [4], “o

SolTerm é um programa de análise de desempenho de sistemas solares térmicos e fotovoltaicos,

especialmente ajustado às condições climáticas e técnicas de Portugal. A análise de desempenho de

um sistema solar é feita no SolTerm via simulação energética sob condições quasi-estacionárias: isto

é, são simulados os balanços energéticos no sistema em intervalos curtos (5 minutos), durante os

quais se considera constante o estado do ambiente e o do sistema.”

Tendo em conta a utilização do SolTerm, e tendo surgido como complemento ao ponto 2 do

capítulo III do RCCTE, pode ser aceite como regulamentar a instalação de coletores solares com

base na energia captada pelo sistema, mesmo que apresente valores diferentes da razão 1 m2 de

coletor por ocupante. Para que tal possa ser aplicado, o projetista deverá demonstrar, tal como

descrito no tópico M18 do caderno de Perguntas & Respostas da Adene [5], que a solução alternativa

10 Instituto Nacional de Engenharia, Tecnologia e Inovação.

11 Laboratório Nacional de Energia e Geologia.

28

proposta capte, numa base anual, a energia equivalente a um sistema solar térmico idêntico mas que

utilize coletor(es) padrão, com as seguintes características:

o Rendimento ótico = 69 %

o Coeficientes de perdas térmicas a1 = 7,500 W/(m².K) e a2 = 0,014 W/(m².K²)

o Modificador de ângulo para incidência de 50º = 0,87

o Área de abertura = 1,0 m2

Além das normas definidas no RCCTE, de que só se enunciou as mais relevantes, o

dimensionamento de um sistema solar térmico deve ter em conta as especificidades dos

equipamentos a instalar, indicadas pelos fabricantes, bem como se devem seguir as restantes boas

práticas e regras de dimensionamento comuns aos outros tipos de instalações mecânicas, térmicas,

hidráulicas e elétricas.

29

3. Casos de Estudo

Nos capítulos anteriores descreveram-se as soluções solares térmicas mais aplicadas, no

nosso país, para a produção de AQS em edifícios de habitação multifamiliar, bem como se fez

referência aos equipamentos típicos de aplicação nas mesmas. Referiu-se ainda os meios de

dimensionamento aplicáveis e regulamentos a cumprir. Tirando-se partido dos conhecimentos

adquiridos, e de forma a se poder analisar e comparar mais aprofundadamente, tanto do ponto de

vista energético, como do ponto de vista económico, as vantagens e desvantagens de cada solução,

vai-se proceder de seguida ao estudo de um conjunto de casos práticos, com incidência sobre as

soluções mais aplicadas.

Para a realização do estudo referido no parágrafo anterior, começou-se por fazer uma

pesquisa simples, baseada na observação do dia a dia e na consulta de diversas plantas, através da

qual se inferiu sobre as tipologias mais frequentes nos edifícios de habitação multifamiliar. De

seguida, preconizou-se duas configurações de habitação multifamiliar, com dimensões que se

considerou serem as mais frequentes, as quais se apresentam a seguir:

o Edifício de Pequena Dimensão (EPD): Considerou-se, tal com o nome indica, um edifício

multifamiliar pequeno, com apenas 4 frações de habitação, distribuídas por 2 pisos. As

tipologias consideradas estão indicadas na Tabela 1 resultando numa capacidade de 14

ocupantes12 para este edifício.

o Edifício de Média Dimensão (EMD): Considerou-se, um edifício multifamiliar com 20 frações

de habitação, distribuídas por 6 pisos. As tipologias consideradas estão indicadas na Tabela

2 resultando numa capacidade de 67 ocupantes12 para este edifício.

Tabela 1 - Distribuição de Tipologias do Edifício EPD

12 De acordo com o quadro VI.1 do anexo VI do RCCTE [2], onde se define o número convencional de ocupantes

em função da tipologia da fração autónoma.

Piso T1 T2 T3 T4

2 1 1

1 1 1

1 1 1 1

4 Fracções 14 Ocup.

Distribuição de Tipologias - EPD

Total

30

Tabela 2 - Distribuição de Tipologias do Edifício EMD

Para cada uma destas configurações e assumindo que os edifícios se localizam em Lisboa,

foi estudada a aplicação das duas soluções, anteriormente estudadas, mais aplicadas no nosso país,

que, de acordo com a informação recolhida são as soluções i-1 e iii-2.

Para demonstrar a metodologia realizada, e de forma a não sobrecarregar este documento,

serão apresentados somente os estudos realizados para o edifício de pequena dimensão (EPD).

Sendo a metodologia aplicada igual para o outro edifício (EMD), os resultados obtidos encontram-se

apresentados no Anexo 3, sendo referidos no texto principal somente os valores necessários à

análise e comparação pretendida.

Em relação ao equipamento solar e de apoio, para a configuração destes casos de estudo,

foram considerados, como já referido, equipamentos da empresa Bosch Termotecnologia SA. Das

marcas que a constituem, optou-se por aplicar o equipamento da marca Vulcano, visto ser a mais

conhecida em Portugal. No entanto, por a Bosch Termotecnologia SA só produzir e comercializar o

equipamento solar e de apoio à produção de AQS, mas não comercializar alguns dos equipamentos

complementares, como é o caso da tubagem e isolamentos, entre outros, que são necessários para a

definição completa das soluções em estudo, foi necessário obter custos estimativos dos mesmos.

Para o efeito recorreu-se a pesquisa na internet, a sites de produtores e revendedores desses

equipamentos complementares, bem como se consultaram instaladores.

Piso T1 T2 T3 T4

6 1 1 1

5 1 1 1

4 1 2

3 1 2

2 1 3

1 2 2

3 9 6 2

20 Fracções 67 Ocup.Total

Distribuição de Tipologias - EMD

31

3.1. Estudo da Implementação da Solução i-113 no Edifício EPD14

3.1.1. Determinação das necessidades energéticas mínimas a satisfazer e do número

de coletores a instalar

De acordo com a Tabela 1, este edifício terá 14 ocupantes. Tendo por base as indicações do

ponto 2.1 do anexo VI do RCCTE [2], o consumo médio diário de referência de AQS (MAQS), será,

aplicando a expressão (2.3.2.2), de 560 litros.

Analisando a cobertura do edifício EPD (ver Figura 32 do Anexo 3), observa-se que a mesma

é plana e permite a instalação dos coletores com orientação a Sul, sem os mesmos estarem sujeitos

a sombreamentos.

Com base nos dados já conhecidos, ou seja:

o Localização do edifício;

o Consumo médio diário de referência de AQS;

o Caraterísticas da cobertura onde serão instalados os coletores solares;

pode-se avançar para a estimativa da energia mínima de referência que o nosso sistema solar deverá

ser capaz de produzir.

Recorrendo ao programa SolTerm15, tal como é indicado pelo RCCTE, na sua versão mais

recente 5.1.3 inseriu-se os dados já referidos. Começou-se por definir o concelho onde se localiza o

edifício (ver Figura 6), seguindo-se a caracterização do sombreamento, e de outros detalhes afetos à

localização dos coletores. No caso em estudo manteve-se a definição “por defeito”, que considera

que não existe sombreamento significativos sobre os coletores (ver Figura 7).

13 Sistema solar térmico com captação coletiva de energia e acumulação coletiva de AQS, sendo o apoio

individual, por fração

14 Edifício de Pequena Dimensão.

15 Programa de utilização obrigatória em Portugal, de acordo com ponto 4 do Anexo VI do RCCTE [2].

32

Figura 6 - Seleção do concelho no SolTerm 5.1.3

Figura 7 - Definição de sombreamentos e outros detalhes do local

De seguida selecionou-se o tipo de sistema a simular, que é o “com depósito” tal como

pretendido (ver Figura 14).

33

Tendo por base as indicações do ponto 2.2 do anexo VI do RCCTE, em que se considera que

a água fria é fornecida da rede a uma temperatura média anual de 15ºC e que deve ser aquecida até

60ºC, assumiu-se o seguinte perfil de consumo16, que se aplicou no SolTerm (ver Figura 9).

Figura 8- Perfil de consumo diário de AQS

Figura 9 – Definição no SolTerm do perfil de consumo diário de AQS

16

O SolTerm apresenta uma funcionalidade que, em função das tipologias do edifício, assume um perfil de

consumo diário de AQS. No entanto, por esse perfil concentrar todo o consumo entre as 17h e as 18h, não é

realista, pelo que se optou por definir um perfil que contemple os períodos típicos diários de maior consumo.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Co

nsu

mo

AQ

S [l

ts]

Horas

Perfil de Consumo Diário de AQS

34

Sendo o edifício e pequena dimensão, com reduzido número de frações (4 frações) e

reduzido número de utilizadores (14 utilizadores), existe uma probabilidade elevada de necessidade

de consumo simultâneo de AQS, por parte de todas as frações, podendo-se mesmo dar o caso de,

num curto período de tempo (manhã, por exemplo), se atingir o consumo médio diário de referência

de AQS de 560 litros. Por este motivo e por a Vulcano não possuir acumuladores com esta

capacidade exata (só menores ou maiores), optou-se por considerar o modelo com capacidade acima

deste valor, modelo S 750 ZB-solar, com serpentina interna e capacidade de 736 litros.

Considerando-se uma eficácia típica de 55% para o permutador de calor (serpentina) do

depósito em causa, sabendo-se que o depósito vai ficar instalado no interior de uma zona técnica,

que é do tipo vertical, com deflectores internos, que é de aço (vitrificado pelo interior) e conhecendo-

se ainda as suas dimensões, bem como utilizado as funcionalidades do editor de tanques do

SolTerm, pôde definir-se o acumulador solar (ver Figura 10).

Figura 10 - Definição do acumulador solar de AQS para Solução i-1, EPD

35

Notas:

o Na definição, no SolTerm, do acumulador solar para o edifício EPD, solução i-1 utilizou-se a

função do programa que permite estimar o coeficiente de perdas térmicas do acumulador.

No entanto, para um maior rigor, pode-se calcular esse valor com base nas características

técnicas do acumulador em causa.

o Para o caso de estudo do edifício EMD, o consumo médio diário de referência de AQS será

muito mais elevado (2680 litros) que para o edifício EPD, pelo que será menos provável a

necessidade de consumo simultâneo de AQS, ou num curto período de tempo, por parte de

todas as frações do edifício. Pode-se então considerar um acumulador com capacidade um

pouco inferior ao consumo médio diário de referência de AQS, sendo o valor da capacidade

a escolher dependente, entre outros fatores (tais como dimensões da zona técnica, por

exemplo), do perfil diário esperado de consumo de AQS. Refira-se ainda, que, para

capacidades elevadas é mais adequado, por tipicamente apresentarem menor custo,

facilitarem a manutenção e se minimizar as perdas, na transferência da energia térmica

captada, do circuito primário, para a água a aquecer, a utilização de acumuladores com

permutador externo.

De seguida estimou-se na planta o comprimento da tubagem do circuito primário (valores

aproximados) e definiu-se, no SolTerm, esse valor, bem como do diâmetro da tubagem do primário

que, entre outros fatores, depende do caudal em circulação no circuito primário (para os coletores

FKC-2 da Vulcano a considerar neste trabalho o caudal de referencia é de 50 l/ h /m2). Definiu-se

ainda a natureza da fonte térmica de apoio, que sendo em Lisboa, se considerou de alimentação a

gás natural (ver Figura 14).

Por último definiu-se um campo de coletores do tipo padrão (ver Figura 11), em quantidade

igual ao número de ocupantes do edifício, tendo-se obtido a configuração da Figura 12.

36

Figura 11 - Caraterísticas do Coletor Padrão

Figura 12 - Configuração final do sistema solar com 14 Coletores Padrão para Solução i-1, EPD

37

“Correu-se” a simulação do SolTerm, tendo-se obtido os resultados apresentados na figura

seguinte.

Figura 13 - Desempenho do sistema solar com 14 coletores Padrão para Solução i-1, EPD

Resulta então que, de acordo com a simulação do SolTerm 5.1.3, o edifício em causa,

necessitaria, caso não possuísse um sistema solar para a produção de AQS, de despender 10695

kWh, por ano, em sistemas convencionais de preparação de AQS. Observe-se que este valor está de

acordo com o que se obteria pela expressão 2.3.1.

Com a implementação do sistema solar com 14 coletores “padrão”, cerca de 5943 kWh, por

ano, seriam produzidos pelo sistema solar, pelo que será este o valor que o sistema de coletores a

propor tem de superar.

Tendo em conta estes valores mínimos, realizou-se simulações com os mesmos

pressupostos, mas alterando-se os coletores para o modelo FKC-2S da Vulcano. Após algumas

simulações concluiu-se que seriam necessários pelo menos 4 coletores destes para superar a

energia fornecida pelos 14 Coletores Padrão, conforme se pode ver na Figura 14 e Figura 15.

38

Figura 14 - Configuração final do sistema solar com 4 coletores FKC-2S para Solução i-1, EPD

Figura 15 - Desempenho do sistema solar com 4 coletores FKC-2S para Solução i-1, EPD

39

Com a implementação do sistema solar em estudo, cerca de 6627 kWh, por ano, seriam

produzidos pelo sistema solar, resultando numa fração solar17 média anual de 62 %. Refira-se que a

produtividade do sistema seria de 736 kWh/[m2 coletor].

De forma a resumir os dados anteriores serão apresentadas de seguida tabelas com a

informação mais relevante do caso de estudo em causa, sendo que a informação relativa aos outros

casos de estudo são apresentadas no Anexo 3.

Na tabela seguinte apresenta-se um resumo dos principais pressupostos aplicados para a

realização das simulações anteriores.

Tabela 3- Resumo dos pressupostos aplicados no caso de estudo: Solução i-1, EPD

Figura 16 - Perfil de consumo considerado para Solução i-1, EPD

Na tabela seguinte apresenta-se um resumo dos resultados energéticos obtidos nas

simulações realizadas. Apresenta-se tanto o valor da energia mínima a superar, resultante da

17

Percentagem de energia fornecida pelo sistema solar, face à total necessária, para o aquecimento da água.

Localização

Tipo de cobertura

Orientação dos colectores

Inclinação dos colectores

Tipologias Fracção Utilizadores

T1 1 2

T2 1 3

T3 1 4

T4 1 5

Total 4 14

Consumo diário AQS

Utilizadores / dia

l / utilizador l

Consumo total diário l

Temperaturas da água

Temp. de acumulação AQS ºC

Temp. de consumo ºC

Temp. da água fria da rede (média) ºC

Acumulação AQS solar

Volume total de acumulação l

15

Sistema i-1 - EPD

Lisboa

Plana

Sul

736

60

60

35°

40

560

14

Dados e Pressupostos de Estudo

40

aplicação do conceito de coletor padrão bem como se apresenta o valor da energia resultante do

número de coletores reais propostos.

Tabela 4 - Estimativa de Desempenho e Principais Parâmetros para Solução i-1, EPD

Com base nos valores anteriores e no número de utilizadores por fração, extrapolou-se os

valores da energia solar captada e da energia de apoio necessária, associadas a cada fração.

Tabela 5 - Extrapolação dos Valores Energéticos referentes a cada Fração: Solução i-1, EPD

Estimativa das necessidades energéticas totais

Energia total necessária kWh/ano

Valores de referência padrão (RCCTE)

Área de colector padrão m2

ESolar padrão kWh/ano

Fracção solar %

Produtividade kWh / (m2 colector)

Estimativa de desempenho do sistema solar proposto

Nº de colectores

Modelo

Área total de captação solar m2

ESolar efectivo kWh/ano

Fracção solar %


Estimativa das necessidades energéticas de apoio

Energia total necessária kWh/ano 4069

736

425

4

FKC-2S

6627

62,00

Estimativa de Desempenho através do Programa Solterm 5.1.3

14

5943

55,60

Sistema i-1 - EPD

9

10695

Energia solar captada associada a cada fração

T1 kWh/ano

T2 kWh/ano

T3 kWh/ano

T4 kWh/ano

Necessidades de energia de apoio, por fração

T1 kWh/ano

T2 kWh/ano

T3 kWh/ano

T4 kWh/ano

Sistema i-1 - EPD

Extrapolação dos Valores Energéticos referentes a cada Fracção

872

1163

1453

947

581

1893

1420

2367

41

Aplicando um procedimento semelhante ao anteriormente descrito, para os outros casos de

estudo, obteve-se o número de coletores a aplicar nos outros casos de estudo, bem como o respetivo

desempenho energético. Os valores obtidos estão apresentados, de forma resumida, na tabela

seguinte.

Tabela 6 - Quadro Resumo do Desempenho Energético dos Diversas Casos de Estudo

Nota para a solução iii-2:

Devido ao SolTerm não estar preparado para introdução de sistemas solares com vários

permutadores e acumuladores diferenciados, na introdução de dados, para simulação da

solução iii-2, considerou-se um volume de acumulação e uma área superficial do acumulador

solar igual ao somatório dos diversos acumuladores considerados nas frações. Definiu-se como

eficácia do permutador deste acumulador, o valor resultante da multiplicação da eficácia do

permutador de placas do circuito primário pela eficácia do permutador da serpentina de um dos

acumuladores individuais (considerou-se que as serpentinas dos acumuladores individuais

apresentam uma eficácia igual entre si).

Edifício: EPD EMD EPD EMD

Consumo total diário 560 2680 560 2680

Volume total acumulação l 736 2500 546 2595

Energia total necessária kWh/ano 10695 51184 10695 51184


Área de colector padrão m2 14 67 14 67ESolar padrão kWh/ano 5943 30746 5152 24737Fracção solar % 55,60 60,10 48,20 48,30Produtividade kWh / (m2 colector) 425 459 368 369

Estimativa desempenho sistema solar proposto

Nº de colectores Utilizadores / dia 4 16 4 16Modelo l / utilizador FKC-2S FKC-2S FKC-2S FKC-2SÁrea total captação solar m2 9 36 9 36ESolar efectivo kWh/ano 6627 31495 5917 25133Fracção solar % 62,00 61,50 55,30 49,10Produtividade kWh / (m2 colector) 736 875 657 698


Energia total apoio nec. kWh/ano 4069 19689 4778 26051

Sistema i-1 Sistema iii-2

Desempenho Energético

42

3.1.2. Seleção do equipamento solar e de apoio para o caso de estudo:

Implementação da Solução i-118 no Edifício EPD19

Dada a configuração da cobertura onde os coletores ficarão instalados, e tendo em conta as

especificações do seu manual de instalação [6], vamos considerar que os 4 coletores ficarão

associados numa única bateria, como esquematizado na Figura 32 do Anexo 3.1.

Agora é necessário definir o restante equipamento solar.

Tendo por base o traçado de tubagem esquematizado na Figura 32 do Anexo 3.1, e

aplicando a tabela da Figura 28, estimou-se, numa primeira fase, os diâmetros de tubagem em cobre

a aplicar neste circuito. Resultou então, para o circuito primário, a aplicação de tubos de cobre com

diâmetro nominal de 15 mm (ver Figura 33).

Considerando os diâmetros anteriores, um caudal de 200 l/h e um coeficiente de 30% para

compensar as perdas de carga nos troços não lineares, resulta que a perda de carga neste circuito

será inferior a 200 mbar. Analisando, no manual [7], as curvas dos grupos de circulação do tipo AGS

verifica-se se pode aplicar o grupo de circulação solar AGS 5.

Sabendo que o volume total de líquido nos coletores é 3,76 litros (ver Figura 21) e na

serpentina do acumulador é de 16,4 litros (ver Figura 23), e conhecendo ainda as pressões em jogo,

estimou-se a partir das expressões indicadas em [7] que o vaso adequado para o circuito primário

seria o SAG 35.

Estimou-se ainda, nos cálculos anteriores, que o volume de líquido solar necessário seria de

aproximadamente 40 litros.

Para controlar este sistema solar, o controlador da Vulcano mais adequado, devido às suas

capacidades é o B Sol 300. Este será responsável por acionar o grupo de circulação solar e só

permitir o funcionamento do circuito secundário de recirculação (se existente) quando houver energia

suficiente no depósito solar.

Para apoio, vamos considerar que são aplicados esquentadores dos seguintes modelos,

cujas características se encontram descritas Figura 26, do anexo 2.

Frações T1 e T2; Esquentador Sensor Ventilados de 11 litros, modelo WTD 11-2 KME

Frações T3; Esquentador Sensor Ventilados de 14 litros, modelo WTD 14-2 KME

Frações T4; Esquentador Sensor Ventilados de 17 litros, modelo WTD 17-2 KME

Existem ainda diversos acessórios de instalação e segurança, tais como válvulas de

segurança e purgadores, entre outros, que deverão ser considerados na instalação.

18 Sistema solar térmico com captação coletiva de energia e acumulação coletiva de AQS, sendo o apoio

individual, por fração

19 Edifício de Média Dimensão.

43

Na Figura 35, apresenta-se os diversos modelos do equipamento Vulcano, solar e de apoio,

adequados para esta solução, os quais perfazem um valor total de 8066 € (valor de tabela). A este

valor acresce ainda o IVA, resultando num valor final de 9921 €.

Para a correta medição da energia consumida por cada fração, devem ainda ser

considerados contadores volumétricos e de energia de água quente. Através de pesquisa realizada

em sites de fornecedores deste tipo de contadores, estimou-se um valor médio de 500 €, por unidade.

Portanto, em equipamento de AQS (excluindo tubagem e acessórios) o investimento inicial

será de 11921 €.

Considerou-se ainda que os edifícios em causa são de habitação permanente, não havendo

diminuição do consumo de AQS nos meses de verão. Sendo assim não será necessária a instalação

de equipamentos dissipadores de calor.

Sendo a tubagem (incluindo acessórios e isolamento), tipicamente fornecida pelo instalador,

juntamente com a mão de obra, obteve-se junto dos mesmos valores estimativos por fração.

De acordo com os dados recolhidos, para o tipo de edifício em causa (EPD em construção) o

custo de tubagem e mão-de-obra rondará os 650 € por fração, resultando num valor total de 2600 €.

Portanto, o custo do investimento inicial (I), em equipamento e mão de obra para a aplicação

da solução i-1 no edifício EPD será de 11921 € + 2600 € = 14521 €

3.2. Restantes casos de estudo

De seguida aplicou-se o mesmo raciocínio de dimensionamento e seleção de equipamento

aos outros casos de estudo, aplicando sempre que necessário, os métodos de cálculo conhecidos

pela área de projeto. Os resultados obtidos, bem como as plantas relativas a cada caso de estudo,

encontram-se no Anexo 3.

Para facilitar a observação e análise dos resultados obtidos, apresenta-se de seguida um

resumo dos valores do custo de equipamento e mão de obra, de cada solução.

Tabela 7 - Investimento Inicial em Equipamento e Mão de Obra para os Casos de Estudo

*Considerou-se valores tipo, fornecidos por instaladores, para edifícios em construção.


Valor Total do Investimento Inicial: I

Custo do Equipamento Solar e Apoio de AQS 11.921 € 46.625 € 17.281 € 69.342 €

Custo da Tubagem, Acessórios e Mão de Obra * 2.600 € 17.000 € 2.600 € 17.000 €

Total I 14.521 € 63.625 € 19.881 € 86.342 €

Investimento Inicial em Equipamento e Mão de Obra


45

4. Análise de Investimento

De forma a se estimar o investimento necessário em cada caso de estudo, bem como a fazer

a comparação do investimento entre soluções, estimou-se numa primeira fase, os custos associadas

às mesmas, seguindo-se o cálculo dos custos anuais equivalentes.

Serão exemplificados de seguida os cálculos para a aplicação do sistema i-120 ao edifício

EPD, sendo os valores obtidos para os outros casos somente apresentados de forma resumida.

4.1. Investimento Inicial

De acordo com os resultados do capítulo anterior, para o caso de estudo em causa, o

investimento em aquisição e instalação do equipamento (I), será de 14521 €.

4.2. Custo de Manutenção

De acordo com a informação recolhida, o custo praticado, em mão de obra, para manutenção

dos sistemas solares costuma rondar os 3% do valor do equipamento solar. Tendo em conta os

componentes sujeitos a maior desgaste, que segundo a informação recolhida são sobretudo os

grupos de circulação, os acessórios hidráulicos de segurança, bem como o liquido solar que deve ser

substituído periodicamente, ou sempre que apresentar deterioração, estimou-se que o custo da

substituição destes componentes, em termos anuais deveria rondar cerca de 0,5 % do valor do

equipamento solar e apoio.

Estima-se então que os custos anuais de manutenção (CM) sejam de 3,5% do valor do valor

do equipamento solar e apoio, de que resultam 417 € / ano.

4.3. Custo de Exploração

O custo de exploração (CE) desta instalação inclui consumos em eletricidade para

funcionamento do controlo e grupos de circulação do sistema, bem como os consumos em gás, em

cada fração, no equipamento de apoio ao circuito solar.

O custo anual do consumo de gás, pode ser facilmente estimado a partir dos valores

fornecidos pelo programa SolTerm, bem como do valor de eficiência do equipamento de apoio.

Sendo as necessidades anuais em energia (útil) de apoio de 4069 kWh, conforme se pode

observar na Figura 15, e a eficiência dos esquentadores escolhidos para apoio de 0,75 (valor retirado 20

Sistema solar térmico com captação coletiva de energia e acumulação coletiva de AQS, sendo o apoio

individual, por fração.

46

da Figura 27 considerando que os mesmos só necessitam de trabalhar a 30% da sua potência

máxima), resulta então que, ao longo de um ano é necessário consumir 5425 kWh em gás natural,

para se produzir a energia útil necessária ao apoio.

Sendo o custo do gás natural, em Lisboa, de aproximadamente 0,076€ por kWh (valor com

IVA, excluindo termos fixos e taxas de ocupação do subsolo), resulta então que o custo anual

estimado do consumo de gás será de 412 €.

Para o custo anual do consumo de eletricidade, vamos assumir que, numa média anual, os

grupos de circulação, que são os que apresentam um gasto mais significativo, funcionam até 10

horas por dia. Dado o consumo nos outros equipamentos elétricos ser pouco significante, vamos

despreza-los para esta comparação entre soluções.

A bomba afeta ao grupo de circulação em causa consome uma potência máxima de 57,5 W.

Se trabalhar 10 horas por dia, consumirá, ao fim de um ano, cerca de 209,9 kWh. Considerando o

custo da eletricidade de 0,139 € por kWh21, então resulta num custo anual em eletricidade de 29 €

Portanto, o consumo anual em energia para a exploração desta instalação será de

aproximadamente 441 €.

4.4. Cálculo dos Custos Anuais Equivalentes

De forma a se comprar os diferentes cenários de estudo em análise neste trabalho, é

importante a estimativa dos seus custos anuais equivalentes. De forma a obtermos a expressão para

o seu cálculo comecemos por ter em conta a definição de valor atual (VA). O valor atual é um

conceito que permite avaliar ativos, que e baseia no facto das disponibilidades imediatas serem mais

valiosas do que as mesmas disponibilidades adiadas [7].

O valor atual de um recebimento adiado é igual ao valor que seria necessário investir, numa

alternativa comparável, que proporcionasse o mesmo reembolso na mesma data, determinando-se,

de acordo com [8] e para um investimento de um ano, a partir da seguinte expressão:

:� = 91 + < (4.5.1)

Sendo C o fluxo que estaria disponível ao fim de um ano e r a taxa de rendibilidade, que

corresponde ao prémio que os investidores exigem pela aceitação de um recebimento adiado.

Representa o custo de oportunidade do capital porque é a rendibilidade que deixa de ser ganha

através de uma aplicação alternativa [7].

21

Informação retirada de http://www.edpsu.pt/pt/particulares/tarifasehorarios/

47

Se estiver em causa investimentos que deem origem a fluxos anuais (anuidades) constantes,

durante um tempo de vida útil de N anos, o valor de VA é dado por [8]:

VA = ? C�1 + r�B = C �1 + r�N − 1r�1 + r�ND

EF� (4.5.2)

O custo anual equivalente corresponde ao valor de uma renda anual que teria de se pagar,

durante os N anos de vida útil do equipamento, se fosse possível contratar o aluguer do equipamento,

incluindo todos os custos associados. Esta grandeza permite ainda avaliar as disponibilidades

financeiras que poderiam ser aplicadas noutros fins.

Este custo anual equivalente (ou renda) Ceq, pode ser obtido através da seguinte expressão

[8]:

:�G = 9�H × I� (4.5.3)

Em que, I� = �1 + <�D − 1<�1 + <�D (4.5.4)

Sendo:

o :�G – Valor atual dos fluxos necessários pelo arrendatário;

o 9�H – Custo Equivalente Anual;

o I� – Fator de Atualização;

o r - taxa de rendibilidade;

o N - Anos de vida útil do equipamento

Para a determinação do valor de r geralmente considera-se uma taxa de juro sem risco e um

prémio de risco que reflita a incerteza dos fluxos financeiros futuros.

Os custos com o investimento e a exploração, por parte do arrendatário do sistema,

apresentam um valor atual (:�J) dado pela expressão seguinte, que entra em conta com os diversos

fluxos necessários, nomeadamente em investimento inicial (I), custo de manutenção (CM) e custo de

exploração (CE).

:�J = K + �9� + 9�� × I� (4.5.5)

48

Graficamente, a expressão anterior pode-se representar da seguinte forma:

Figura 17 - Fluxos Financeiros associados ao Investimento e Exploração do equipamento

Ao se considerar um Valor Actual Liquido nulo para o investidor, obtém-se a seguinte relação:

:�G = :�J (4.5.6)

Resultando finalmente:

2�H = KI� + �9� + 9�� (4.5.7)

Para o caso em estudo, considerando uma taxa de rendibilidade de r = 10% e uma vida útil

do equipamento de 20 anos (valor tipicamente esperado para os sistemas solares), resultou um custo

anual equivalente de 2564 €.

Aplicando um procedimento semelhante aos outros casos de estudo, obteve-se os seus

custos anuais equivalentes, sendo os resultados obtidos apresentados na tabela seguinte.

49

Tabela 8 - Resultados dos Custos Anuais Equivalentes para os Casos de Estudo

* Considerou-se valores tipo, fornecidos por instaladores

** Considerou-se os seguintes custos: 0,076 € / kWh de Gás Natural; 0,139 € / kWh de eletricidade

*** Considerou-se .as seguintes potencias dos circuladores: Primário i-1 e iii-2 do EPD = 57,5 W

Secundário iii-2 do EPD = 60 W; Primário i-1 e iii-2 do EGD = 196 W; Secundário iii-2 do EPD = 245 W


Valor Total do Investimento Inicial: I

Custo do Equipamento Solar e Apoio de AQS 11.921 € 46.625 € 17.281 € 69.342 €

Custo da Tubagem, Acessórios e Mão de Obra * 2.600 € 17.000 € 2.600 € 17.000 €

Total I 14.521 € 63.625 € 19.881 € 86.342 €

Custo da Manutenção: CM Total CM 417 € 1.632 € 605 € 2.427 €

Custo de Exploração **: CE

Custo da Energia de Apoio ao Sistema Solar 412 € 1.995 € 484 € 2.640 €

Custo da Energia consumida pelo Sistema Solar *** 29 € 159 € 95 € 358 €

Total CE 441 € 2.154 € 580 € 2.997 €

Custo Anual Equivalente 2.564 € 11.259 € 3.520 € 15.566 €

Análise de Investimento


51

5. Conclusões

A realização deste trabalho teve por objetivo, o estudo, a análise técnico-económica e a

comparação das principais soluções solares térmicas para produção de águas quentes sanitárias

(AQS), aplicadas no nosso país, em edifícios de habitação multifamiliar.

Da pesquisa e estudo sobre as características das soluções existentes, concluiu-se que:

O Sistema solar térmico com captação coletiva de energia e acumulação coletiva de

AQS (Solução i) apresenta como principais vantagens o facto de ocupar pouco espaço no interior de

cada fração, aliado, no caso da utilização de apoio centralizado, a um elevado nível de conforto

(caudal de AQS) nas mesmas. Devido à acumulação de AQS ser totalmente centralizada, este

sistema necessita de um reduzido número de permutadores e depósitos acumuladores, minimizando

assim as perdas de energia, quer pelos permutadores, quer pela superfície dos depósitos. Como

desvantagens deste sistema, há a considerar que a acumulação centralizada obriga a que a zona

técnica do edifício esteja preparada para suportar o esforço resultante do peso da água acumulada.

Sendo a distribuição de AQS realizada a partir desta zona técnica, é necessária a instalação de um

contador volumétrico à entrada do acumulador solar, bem como a instalação de contadores

volumétricos e de energia, à entrada de cada fração. A existência destes contadores origina, para

quem gere o condomínio, maior trabalho na gestão do sistema de AQS. De realçar ainda que, nesta

solução, o m3 de água da rede é pago a um valor superior ao das soluções com consumo individual.

O Sistema solar térmico com Captação Coletiva de Energia e Acumulação Coletiva de

Água Quente, para Inércia, com Produção de AQS em Estações de Transferência de Calor, em

cada fração do edifício (Solução ii) apresenta como principais vantagens o facto de ocupar pouco

espaço no interior de cada fração, bem como, pela produção de AQS ser instantânea, na estação de

transferência de cada fração (que inclui um permutador), não utilizar água quente acumulada para

consumo, minimizando os riscos daí resultantes para a saúde. Pelo facto da acumulação de água

quente de inércia ser totalmente centralizada, este sistema necessita de um reduzido nº de depósitos

acumuladores, minimizando assim as perdas de energia pela superfície dos mesmos. Como

desvantagens deste sistema, há a considerar que o facto da acumulação de água quente de inércia

ser centralizada, obriga a que a zona técnica do edifício esteja preparada para suportar o esforço

resultante do peso da água acumulada. Quanto à distribuição de energia para produção de AQS nas

frações, as estações de transferência exigem elevados caudais no primário do seu permutador, para

funcionarem corretamente, conduzindo à instalação de um circuito secundário (de distribuição) com

diâmetros consideráveis e grupos de circulação de elevada capacidade, devendo-se ter em conta os

custos associados. Tanto a existência de um permutador por fração, bem como das tubagens com

diâmetro elevado contribuem para as perdas de energia ocorrentes neste sistema. De referir ainda

que o nível de conforto (caudal de AQS) proporcionado por esta solução é limitado pelo caudal

máximo de AQS admissível pelas estações de transferência a aplicar.

O Sistema solar térmico com Captação Coletiva de Energia e Acumulação Individual de

AQS, em cada fração do edifício (solução iii) apresenta como principais vantagens o facto de

52

garantir, a cada fração, um volume mínimo de AQS, ou de água pré aquecida, produzida pela energia

solar, independentemente da hora a que a mesma venha a ser consumida. Devido à energia (AQS)

ser acumulada em cada fração, a zona técnica comum do edifício será de reduzidas dimensões, face

às soluções i e ii, sendo que só na solução iii-3 poderia necessitar de ser dimensionada para suportar

algum acréscimo de peso (resultante da instalação de um acumulador intermédio de inércia). Desde

que se consiga instalar acumuladores com volume e caudal no seu permutador solar, proporcionais à

tipologia de cada fração, este sistema dispensa a instalação de contadores de energia, simplificando

a gestão do sistema de AQS por parte do condomínio. Como desvantagens deste sistema destaca-se

que a existência de um acumulador por fração, obriga à reserva de um espaço adequado para a sua

instalação, reduzindo o espaço disponível na mesma. A existência de vários acumuladores também

conduz a perdas consideráveis de energia, tanto na permuta de energia pelos seus permutadores

como pelas suas superfícies, que, no seu conjunto, apresentam uma maior área de superfície que as

soluções com acumulação centralizadas. De referir ainda que o nível de conforto desta solução fica

limitado pelas capacidades dos equipamentos de apoio (caudal máximo e/ou potencia máxima).

Tendo em conta a regulamentação nacional RCCTE, que define os critérios a cumprir no

projeto dos edifícios de habitação e dos edifícios de serviços sem sistemas de climatização

centralizados, realizou-se um conjunto de casos e estudo, em que, para duas configurações de

edifícios tipo (EPD e EMD), e considerando o equipamento de produção de AQS de uma marca

reconhecida no mercado, se selecionou o equipamento a aplicar nas duas soluções mais utilizadas

no nosso país (solução i-1 e solução iii-2). Da realização destes casos de estudo concluiu-se que:

Do ponto de vista energético, e tal como seria de esperar, os resultados obtidos através do programa

SolTerm mostram que a solução i-1 apresenta melhores desempenhos energéticos, nomeadamente

ao nível da energia anual fornecida, fração solar e produtividade do sistema, que a solução iii-2,

resultando em menores necessidades energética de apoio.

Do ponto de vista da análise económica, os cálculos realizados mostram que a solução i-1 também é

a mais vantajosa, dado que necessita de menor investimento inicial, menor custo de manutenção e

menor custo de exploração, o que se traduz num menor custo anual equivalente.

Podemos então concluir, além das vantagens e desvantagens de cada sistema, referidas ao

longo do texto, que a solução iii, embora seja o que apresenta menores dificuldades em termos de

gestão de condomínio, apresenta um custo anual maior que o sistema i, tornando-se assim menos

rentável do ponto de vista económico. Sabendo-se, de acordo com a informação recolhida, que o

sistema iii é o mais aplicado no nosso país, e tendo em conta as vantagens energéticas e

económicas do sistema i, evidenciadas neste trabalho, torna-se importante a divulgação das

vantagens deste último sistema, bem como estudar, em trabalhos futuros, as medidas a tomar para

tornar a solução i mais “apelativo”, como por exemplo a criação de tarifários adequados a esta

solução, por parte das empresas fornecedoras da água sanitária (água da rede pública).

Seria também útil, num trabalho futuro, a realização de casos de estudo em que se compare

a aplicação da solução ii com as duas soluções dos casos de estudo agora realizados.

53

6. Referencias Bibliográficas

[1] Fernandes E., “Dossier Solar Térmico,” Renováveis Magazine, nº 5, pp. 32-34, 2011.

[2] Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE), Decreto-Lei

nº 80/2006, de 4 de Abril.

[3] Roriz L., Rosendo J., Lourenço F., Calhau K., Energia Solar em Edifícios, Edições Orion, 2010.

[4] Aguiar R., Coelho R. E., Manual de Instalação e Utilização do software SolTerm, Versão: 5.1.3,

LNEG, 2010.

[5] Perguntas & Respostas sobre o RCCTE, ADENE, Maio de 2011.

[6] Manual de Instalação dos Colectores FKC-2 da Vulcano, sobre telhado plano e fachada.

[7] Manual de Planeamento - Sistemas solares Térmicos para Edificios Multifamiliares, Junkers.

[8] Barreiros A. J. C., Apontamentos de Gestão de Projectos, 2010.

[9] Richard A. B., & Stewrat C. M., Princípios de Finanças Empresariais (5ª Ed.), McGraw-Hill, 1998.

[10] Peuser F., Remmers K., Schnauss M., Sistemas Solares Térmicos - Diseño e Instalación, Sevilla:

Solarpraxis, 2005.

[11] Manual de Instalação dos grupos de circulação AGS 5...50, Vulcano.

[12] Manual de Instalação e Utilização dos Esquentadores Sensor Ventilados WTD...KME, Vulcano.

55

Anexos

Anexo 1 – Esquemas de Princípio Adicionais

Figura 18 - Esquema de princípio de funcionamento da Solução i-2


Fonte Térmicad e A p o i o

ST

ST

ST

ST

ControladorSolar

ST

M



CV

STST


STST

CV

CE

CE

CV


solar deA Q S

ST

ST


solar deA Q S

56






ControladorSolar


Dep.AQS

Dep.AQS

Dep.AQS


ST

ST

ST

ST

ST

ST

ST

M

ST

ST




57



ControladorSolar

Depósitosolar dei n é r c i a

ST

ST

ST

ST

ST

ST

ST






Dep.AQS

Dep.AQS

Dep.AQS


Sistema deapoio tipo 3Sistema deapoio tipo 3


ST

ST

ST

ST

ST

M

58

Anexo 2 – Caraterísticas Técnicas dos Equipamentos

Características Técnicas do Coletor Solar FKC-2 da Vulcano22:

Figura 21 - Caraterísticas técnicas do coletor FKC-2 e distâncias mínimas entre filas de coletores

22 Informação retirada do manual [6], facultado pela Vulcano em 04/05/2012.

59

Resumo dos Resultados do Teste EN 12975 ao Coletor Solar FKC-2 da Vulcano23:

Figura 22 - Resumo dos Resultados do Teste EN 12975 ao Coletor Solar FKC-2 da Vulcano

23 Informação retirada do site:

http://solarkey.dk/solarkeymarkdata/qCollectorCertificates/ShowQCollectorCertificatesTable.aspx em 04/05/2012.

60

Características Técnicas dos Depósitos de Aço Vitrificado com serpentina S75...750 ZB-solar

Figura 23 - Características Técnicas dos Depósitos de Aço Vitrificado com serpentina S75…750 ZB-solar

61

Características Técnicas dos Depósitos de Aço Vitrificado sem Permutador MVV 1500…5000

RB

Figura 24 - Características Técnicas dos Depósitos de Aço Vitrificado sem Permutador 1500…5000 lts

62

Características Técnicas dos Grupos de Circulação AGS 5…50 da Vulcano24:

Figura 25 -Características técnicas dos Grupos de Circulação AGS 5…50 da Vulcano

24 Informação retirada de [7], obtido do site

http://www.vulcano.pt/consumidor/documentacao/manuais_de_instalacao/manuaisdeinstalacao em 04/07/2012.

63

Características Técnicas dos Esquentadores da Gama Sensor Ventilado25:

Figura 26 - Caraterísticas Técnicas dos Esquentadores da Gama Sensor Ventilado

25 Informação retirada do manual [12], obtido no site

http://www.vulcano.pt/consumidor/documentacao/manuais_de_instalacao/manuaisdeinstalacao em 04/07/2012

64

Valores de Rendimento dos Esquentadores da Gama Sensor Ventilado26:

Figura 27 - Valores da Eficiência dos Esquentadores da Gama Sensor Ventilado

Perdas de carga por metro linear, em tubos de cobre com mistura água-glicol 50/50, a 50ºC27:

Figura 28 - Perdas de carga por metro linear, em tubos de cobre com mistura água-glicol 50/50, a 50ºC

26

http:// Informação retirada de www.vulcano.pt/consumidor/documentacao/outros/outros em 04/07/2012

27 Informação retirada do manual [8], facultado pela Vulcano em 04/05/2012.

65

Perdas de carga por metro linear, em tubos de cobre com mistura água-glicol 50/50, a 50ºC28

(continuação):

Figura 29 - Perdas de carga por metro linear, em tubos de cobre com mistura água-glicol 50/50, a 50ºC

(continuação da figura anterior)

28

Informação retirada do manual [8], facultado pela Vulcano em 04/05/2012.

66

Anexo 3 – Plantas e Resultados dos Casos de Estudo

Anexo 3.1 – Casos de Estudo: Plantas do Edifício EPD

Figura 30 - Planta do piso 1 do edifício EPD, com indicação do traçado de tubagem e diâmetros de cobre

para circuito de distribuição da Solução iii-229

29

Nota: O traçado de tubagem do circuito de distribuição para a Solução i-1 apresenta uma configuração

semelhante, apenas variando os diâmetros e, se adequado, o material da tubagem

67

Figura 31 - Planta do piso 2 do edifício EPD, com indicação do traçado de tubagem e diâmetros de cobre

para circuito de distribuição da Solução iii-230

30



68

Figura 32 - Planta da cobertura do Edifício EPD, com implementação do campo de coletores e indicação

do traçado de tubagem do circuito primário para soluções i-1 e iii-2

69

Anexo 3.2 – Casos de Estudo: Esquemas de Principio para Soluções de Produção

AQS no Edifício EPD

Figura 33 - Esquema de princípio de funcionamento da Solução i-1 no edifício EPD

70

Figura 34 - Esquema de princípio de funcionamento da Solução iii-2 no edifício EPD

Tipologia T3Tipologia T2

Tipologia T4Tipologia T1

ST

71

Anexo 3.3 – Casos de Estudo: Valores da Aplicação das Soluções de produção

AQS no Edifício EPD

Anexo 3.3.1 - Casos de Estudo: Valores da Solução i-1 para o edifício EPD

Figura 35 - Valores de tabela, sem IVA, do equipamento para Solução i-1 no edifício EPD

Modelo Qd. Valor

Colectores Solares e Suportes

Colectores Solares FKC-2S 4 640,00 € 2.560,00 €

Ligações hidráulicas p / Cobertura Plana FS 22-2 1 48,00 € 48,00 €

FKF 3-2 1 200,00 € 200,00 €

FKF 4-2 3 135,00 € 405,00 €Sub-Total 3.213,00 €

Acessórios Hidráulicos Solares

Purgadores ELT 5 1 75,00 € 75,00 €Válvula de Segurança VS 6 1 14,25 € 14,25 €

Sub-Total 89,25 €Vaso de Expansão Solar

Vaso de Expansão Solar de 35 lts SAG 35 1 110,00 € 110,00 €Sub-Total 165,00 €

Grupo de Circulação Solar

Grupo de Circulação Solar AGS 5 1 360,00 € 360,00 €Sub-Total 360,00 €

Fluído Solar

WTF 20S 2 95,00 € 190,00 €Sub-Total 190,00 €

Sistema de Controlo

Controlador B Sol 300 1 340,00 € 340,00 €

Sonda de Temperatura NTC SF 4 (10K) 3 9,00 € 27,00 €Sub-Total 367,00 €

Acumulação do Sistema Solar e Acessórios

Deposito de Acumulação S 750 ZB-Solar 1 2.000,00 € 2.000,00 €Sub-Total 2.000,00 €

Equipamentos Hidráulicos Complementares

4 56,50 € 226,00 €Sub-Total 226,00 €

Total Equipamento Solar 6.610,25 €

Modelo Qd. Preço unit. Valor

Equipamento de Apoio - Tipologia T1

WTD 11 KME 23 1 328,00 € 328,00 €Sub-Total 328,00 €


WTD 11 KME 23 1 328,00 € 328,00 €Sub-Total 328,00 €


WTD 14 KME 23 1 382,00 € 382,00 €Sub-Total 382,00 €


WTD 17 KME 23 1 418,00 € 418,00 €Sub-Total 418,00 €

Total Equipamento de Apoio 1.456,00 €

Total Equipamento AQS 8.066,25 €

Líquido Solar p/ Circuito Primário (20 lts)

Estrutura Suporte Básica p/ Colector

Designação

Estrutura Suporte Adicional p/ Colector

Equipamento Solar Térmico

Esquentador Sensor Ventilado 11 lts, GN

Válvula Misturadora Termostática 3/4"

Equipamento de Apoio

Designação




72

Anexo 3.3.2 - Casos de Estudo: Valores da Solução iii-2 para o edifício EPD

Tabela 9- Resumo dos pressupostos aplicados no caso de estudo: Solução iii-2; EPD

Localização

Tipo de cobertura



Tipologia Fracção Utiliz.

T1 1 2

T2 1 3T3 1 4T4 1 5

Total fracções 4 14

Consumo diário AQS

l / utilizador l






Acumulação AQS Solar Unitário Total

T1 l 86 86

T2 l 115 115

T3 l 153 153

T4 l 192 192

Total Acum. Solar AQS l 546

Circuito de distribuição de E Solar Unitário Total

T1 l/h 120 120

T2 l/h 150 150

T3 l/h 200 200

T4 l/h 250 250

Caudal total em circulação l/h 720

Considerou-se o seguinte perfil diário de consumo de AQS:

40

560

60

60

35°

15

Sistema iii-2 EPD

Lisboa

Plana


Sul

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Co

nsu

mo

AQ

S [l

ts]

Horas

Perfil de Consumo Diário AQS

73

Tabela 10 - Estimativa de Desempenho e Principais Parâmetros para Solução iii-2, EPD

Com base nos valores anteriores e no número de utilizadores por fração, extrapolou-se os

valores da energia solar captada e da energia de apoio necessária, associadas a cada fração.

Tabela 11 - Extrapolação dos Valores Energéticos referentes a cada Fração para Solução iii-2, EPD






Fracção solar %



Nº de colectores

Modelo


Fracção solar %




48,20

368

4

FKC-2S

5917

55,30

657

4778


10695

14

Sistema iii-2 EPD

5152


T1 kWh/ano

T2 kWh/ano

T3 kWh/ano

T4 kWh/ano


T1 kWh/ano

T2 kWh/ano

T3 kWh/ano

T4 kWh/ano

683

1024

1365

1706


1

845

1268

1691

2113

74

Figura 36 - Valores de tabela, sem IVA, do equipamento para Solução iii-2, EDP


Campo de Colectores


Ligações hidráulicas p / CoberturaPlana FS 22-2 1 48,00 € 48,00 €

FKF 3-2 1 200,00 € 200,00 €

FKF 4-2 3 135,00 € 405,00 €Sub - Total 3.213,00 €



Sub - Total 89,25 €Circuito Hidráulico Primário Solar

Grupo de Circulação Solar AGS 5 1 360,00 € 360,00 €

Vaso de Expansão Solar de 35 lts SAG 35 1 110,00 € 110,00 €

Suporte + acessórios (vaso expansão) AAS 1 1 55,00 € 55,00 €Sub - Total 620,00 €

Circuito Hidráulico Secundário Solar

Z2-13 Placas 1 720,00 € 720,00 €

UPS 25-40 1 165,00 € 165,00 €

(ferro fundido) 1 8,00 € 8,00 €

0 1 73,00 € 73,00 €Sub - Total 966,00 €

Sistema de Controlo


Sonda de Temperatura NTC SF 4 (10K) 4 9,00 € 36,00 €

Termóstato Diferencial B Sol 050R 4 295,00 € 1.180,00 €Sub - Total 3.112,00 €

Acumulação Individual de AQS - Tipologia T1

1 45,00 € 45,00 €

Deposito de Acumulação S 90 ZB-Solar 1 560,00 € 560,00 €

1 34,00 € 34,00 €Sub - Total 639,00 €


1 45,00 € 45,00 €


1 39,00 € 39,00 €Sub - Total 679,00 €


1 45,00 € 45,00 €


1 39,00 € 39,00 €Sub - Total 709,00 €


1 45,00 € 45,00 €


1 44,00 € 44,00 €Sub - Total 784,00 €


0 4 56,50 € 226,00 €Sub - Total 226,00 €

Sub-Total Sistema Solar 12.593,25 €

Permutador de Calor


Estabiliz. Autom. Caudal c/ Cartucho Polím. 1/2": 0,12 m3/h




Designação


Vaso de Expansão de 8 lts p/ Circuito Aberto




Vaso de Expansão de 35 lts p/ Circuito Fechado

Bomba Circuladora p/ Circuito Secundário

Uniões para bomba



75

Figura 37 - Valores de tabela, sem IVA, do equipamento para Solução iii-2, EDP (continuação)



WTD 11 KME 23 1 328,00 € 328,00 €Sub - Total 328,00 €


WTD 11 KME 23 1 328,00 € 328,00 €Sub - Total 328,00 €


WTD 14 KME 23 1 382,00 € 382,00 €Sub - Total 382,00 €


WTD 17 KME 23 1 418,00 € 418,00 €Sub - Total 418,00 €

Sub-Total Sistema Apoio 1.456,00 €



Esquentador Sensor Ventilado 11 lts GN




Designação

76

Anexo 3.4 – Casos de Estudo: Plantas do Edifício EMD


distribuição da Solução iii-231

31



77



32



78

Figura 40 - Planta dos pisos 3 e 4 do edifício EMD, com indicação do traçado de tubagem para circuito de


33



79

Figura 41 - Planta dos pisos 5 e 6 do edifício EMD, com indicação do traçado de tubagem para circuito de


34



80

Figura 42 - Planta da cobertura do Edifício EMD, e indicação do traçado de tubagem do circuito primário

para soluções i-1 e iii-2

81

Anexo 3.5 – Casos de Estudo: Valores da Aplicação das Soluções de Produção de

AQS no Edifício EMD

Anexo 3.5.1 - Casos de Estudo: Valores da Solução i-1 para o edifício EMD

Tabela 12 - Resumo dos pressupostos aplicados no caso de estudo: Solução i-1, EMD

Localização

Tipo de cobertura



Tipologias Fracção Utilizadores

T1 3 6

T2 9 27

T3 6 24

T4 2 10

Total 20 67

Consumo diário AQS

Utilizadores / dia

l / utilizador l






Acumulação AQS solar

Volume total de acumulação l



67

15

Sistema i-1 - EMD

Lisboa

Plana

Sul

60

60

35°

40

2680

2500

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Co

nsu

mo

AQ

S [l

ts]

Horas

Perfil de Consumo Diário de AQS

82

Tabela 13- Estimativa de Desempenho e Principais Parâmetros para Solução i-1, EMD

Tabela 14- Extrapolação dos Valores Energéticos referentes a cada Fração para Solução i-1, EMD






Fracção solar %



Nº de colectores

Modelo

Área total de captação solar m2


Fracção solar %



Energia total necessária kWh/ano 19689

875

459

16

FKC-2S

31495

61,50


67

30746

60,10

Sistema i-1 - EMD

36

51184


T1 kWh/ano

T2 kWh/ano

T3 kWh/ano

T4 kWh/ano


T1 kWh/ano

T2 kWh/ano

T3 kWh/ano

T4 kWh/ano

Sistema i-1 - EMD


7934

7053

2939

2820

1763

11282

12692

4701

83

Figura 43 - Valores de tabela, sem IVA, para Solução i-1, EMD

Modelo Qd. Valor

Colectores Solares e Suportes


Ligações hidráulicas p / Cobertura Plana FS 22-2 3 48,00 € 144,00 €

FKF 3-2 3 200,00 € 600,00 €

FKF 4-2 13 135,00 € 1.755,00 €Sub-Total 12.739,00 €



3 92,00 € 276,00 €Sub-Total 543,75 €

Vaso de Expansão Solar

Vaso de Expansão Solar de 80 lts SAG 80 1 190,00 € 190,00 €Sub-Total 190,00 €

Grupo de Circulação Solar

Grupo de Circulação Solar AGS 20 1 600,00 € 600,00 €Sub-Total 600,00 €

Fluído Solar

WTF 20S 5 95,00 € 475,00 €Sub-Total 475,00 €

Sistema de Controlo


Sonda de Temperatura NTC SF 4 (10K) 3 9,00 € 27,00 €Sub-Total 367,00 €

Acumulação do Sistema Solar e Acessórios

Deposito de Acumulação MVV 2500-RB 1 4.500,00 € 4.500,00 €

FME 2500 1 630,00 € 630,00 €

1/2x3/4", 6bar 1 9,50 € 9,50 €

Z2-17 Placas 1 895,00 € 895,00 €

UPS 32-80N 1 600,00 € 600,00 €

(p/ UPS 32… inox) 1 33,00 € 33,00 €Sub-Total 6.667,50 €


20 56,50 € 1.130,00 €Sub-Total 1.130,00 €

Total Equipamento Solar 22.712,25 €



WTD 11 KME 23 3 328,00 € 984,00 €Sub-Total 984,00 €


WTD 11 KME 23 9 328,00 € 2.952,00 €Sub-Total 2.952,00 €


WTD 14 KME 23 6 382,00 € 2.292,00 €Sub-Total 2.292,00 €


WTD 17 KME 23 2 418,00 € 836,00 €Sub-Total 836,00 €

Total Equipamento de Apoio 7.064,00 €


Válvula balanceamento c/ caudal. a 3/4" (2 a 7 lts/min)





Designação


Designação





Líquido Solar p/ Circuito Primário (20 lts)

Forro Interior para Depósito MVV

Uniões para bomba

Válvula de segurança

Permutador de Calor

Bomba Circul. p/ Circuito Permutador-Acumulador

84

Caos de Estudo: Valores da Solução iii-2 para o edifício EMD

Tabela 15 - Resumo dos pressupostos aplicados no caso de estudo para Solução i-1, EMD

Localização

Tipo de cobertura



Tipologia Fracção Utiliz.

T1 3 6

T2 9 27T3 6 24T4 2 10

Total fracções 20 67

Consumo diário AQS

l / utilizador l






Acumulação AQS Solar Unitário Total

T1 l 86 258

T2 l 115 1035

T3 l 153 918

T4 l 192 384

Total Acum. Solar AQS l 2595

Circuito de distribuição de E SolarUnitário Total

T1 l/h 120 360

T2 l/h 150 1350

T3 l/h 200 1200

T4 l/h 250 500

Caudal total em circulação l/h 3410


15

Sistema iii-2 EMD

Lisboa

Plana


Sul

40

2680

60

60

35°

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Co

nsu

mo

AQ

S [l

ts]

Horas

Perfil de Consumo Diário AQS

85

Tabela 16 - Estimativa de Desempenho e Principais Parâmetros para Solução iii-2, EMD

Tabela 17 - Extrapolação dos Valores Energéticos referentes a cada Fração: Solução iii-2, EMD






Fracção solar %



Nº de colectores

Modelo


Fracção solar %




48,30

369

16

FKC-2S

25133

49,10

698

26051


51184

67

Sistema iii-2 EMD

24737


T1 kWh/ano

T2 kWh/ano

T3 kWh/ano

T4 kWh/ano


T1 kWh/ano

T2 kWh/ano

T3 kWh/ano

T4 kWh/ano

2333

10498

9332

3888


6

2251

10128

9003

3751

86

Figura 44- Valores de tabela, sem IVA, para Solução iii-2, EMD


Campo de Colectores


Ligações hidráulicas p / CoberturaPlana FS 22-2 3 48,00 € 144,00 €

FKF 3-2 3 200,00 € 600,00 €

FKF 4-2 13 135,00 € 1.755,00 €Sub - Total 12.739,00 €



3 92,00 € 276,00 €Sub - Total 543,75 €

Circuito Hidráulico Primário Solar

Grupo de Circulação Solar AGS 20 1 600,00 € 600,00 €

Vaso de Expansão Solar de 80 lts SAG 80 1 190,00 € 190,00 €Sub - Total 885,00 €

Circuito Hidráulico Secundário Solar

Z2-17 Placas 1 895,00 € 895,00 €

UPS 25-80 1 345,00 € 345,00 €

(ferro fundido) 1 8,00 € 8,00 €

0 1 88,00 € 88,00 €Sub - Total 1.336,00 €

Sistema de Controlo


Sonda de Temperatura NTC SF 4 (10K) 4 9,00 € 36,00 €

Termóstato Diferencial B Sol 050R 20 295,00 € 5.900,00 €Sub - Total 12.552,00 €


3 45,00 € 135,00 €

Deposito de Acumulação S 90 ZB-Solar 3 560,00 € 1.680,00 €

3 34,00 € 102,00 €Sub - Total 1.917,00 €


9 45,00 € 405,00 €


9 39,00 € 351,00 €Sub - Total 6.111,00 €


6 45,00 € 270,00 €


6 39,00 € 234,00 €Sub - Total 4.254,00 €


2 45,00 € 90,00 €


2 44,00 € 88,00 €Sub - Total 1.568,00 €


0 20 56,50 € 1.130,00 €Sub - Total 1.130,00 €

Sub-Total Sistema Solar 49.311,75 €

Permutador de Calor






Designação






Válvula balanceamento c/ caudal. a 3/4" (2 a 7 lts/min)

Vaso de Expansão de 50 lts p/ Circuito Fechado

Bomba Circuladora p/ Circuito Secundário

Uniões para bomba



87

Figura 45- Valores de tabela, sem IVA, para Solução iii-2, EMD (continuação)



WTD 11 KME 23 3 328,00 € 984,00 €Sub - Total 984,00 €


WTD 11 KME 23 9 328,00 € 2.952,00 €Sub - Total 2.952,00 €


WTD 14 KME 23 6 382,00 € 2.292,00 €Sub - Total 2.292,00 €


WTD 17 KME 23 2 418,00 € 836,00 €Sub - Total 836,00 €

Sub-Total Sistema Apoio 7.064,00 €







Designação

avaliação de sistemas solares térmicos de produção de Água

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