manual de referência curso de capacitação caixa

AQUECIMENTO SOLAR EM HIS - PROGRAMA MINHA CASA MINHA VIDA

Curso de Aquecimento Solar Belo Horizonte, 2012


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Apresentação

Este Guia representa uma contribuição à discussão dos aspectos técnicos envolvidos na inserção dos sistemas de aquecimento solar (SAS) no Programa Minha Casa Minha Vida (PMCMV), sob a luz do Termo de Referência CAIXA – TR SISTEMAS DE AQUECIMENTO SOLAR DE ÁGUA e da norma brasileira para projeto e instalação de sistemas de aquecimento solar (ABNT NBR 15569:2008).

Com o objetivo de facilitar a compreensão dos conceitos apresentados, foi criado um sistema de referência ao Programa Minha Casa Minha Vida que será utilizado sempre que necessário no texto deste Guia, conforme mostra a Figura 01 abaixo:

Figura 01: Exemplo de chamada para exigências do Termo de Referência

Recomenda-se fortemente a leitura do documento completo para maiores informações e esclarecimentos.

Esse material consolida nossa experiência em aquecimento solar, mas não exclui a necessidade de estudos e leituras complementares para aqueles que desejam se aprofundar no tema.

PÚBLICO ALVO

O Manual de Referência para o Curso de Capacitação em Aquecimento Solar para Habitações de Interesse Social do Programa Minha Casa Minha Vida destina-se aos técnicos da Caixa, construtores, projetistas, arquitetos e técnicos de empresas fornecedoras de SAS para o PMCMV.

OBJETIVOS DO CURSO

A realização dos cursos de capacitação em SAS e o desenvolvimento desse Guia têm como principal objetivo a disseminação das boas práticas de instalação de SAS em habitações de interesse social.

Assim, ao final desse curso, o participante deve estar capacitado a:

- Conhecer e selecionar corretamente equipamentos solares e seus componentes para instalação no PMCMV;

- Conhecer as exigências e recomendações das normas e legislação vigentes;

- Avaliar a qualidade da instalação do SAS – PMCMV, verificando o cumprimento do TR Caixa;

- Motivar a capacitação de novos instaladores solares e a contratação de pessoal qualificado.

ATENÇÃO PARA AS INFORMAÇÕES CONTIDAS NESSA CAIXA DE TEXTO,

ELAS REPRESENTAM EXIGÊNCIAS DO TERMO DE REFERÊNCIA DA CAIXA.


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Sumário AQ U E C I M E N T O S O L A R E M H I S - P R O G R AMA M I N H A C A S A M I N H A V I D A

GLOSSÁRIO .......................................................................................................................................... 3

INTRODUÇÃO....................................................................................................................................... 5

Aquecimento Solar no Brasil....................................................................................................................................... 5

Componentes do Sistema de Aquecimento Solar .................................................................................................. 7

Coletor Solar .............................................................................................................................................................. 7

Reservatório Térmico ............................................................................................................................................. 11

Caixa redutora de pressão .................................................................................................................................. 12

Aquecimento Auxiliar – Chuveiro Elétrico .......................................................................................................... 13

Tubulações ............................................................................................................................................................... 14

Suportes e fixação ................................................................................................................................................. 15

PROJETO E INSERÇÃO DE SAS EM HIS .............................................................................................. 15

Implantação e Orientação das Edificações ...................................................................................................... 16

Inserção do Sistema de Aquecimento Solar na HIS ......................................................................................... 20

Tubulações e distribuição de água quente ....................................................................................................... 25

RECOMENDAÇÕES PARA O INSTALADOR E BOAS PRÁTICAS ......................................................... 28

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................................................... 31


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GLOSSÁRIO o ABRAVA: Associação Brasileira de Refrigeração, Ar condicionado, Ventilação e

Aquecimento.

o ABNT: Associação Brasileira de Normas Técnicas.

o Ângulo azimutal do coletor: ângulo formado entre a projeção horizontal da normal ao plano do coletor solar e o Norte Verdadeiro, medido a partir do Norte.

o Ângulo de inclinação do coletor: ângulo formado entre a horizontal e o plano do coletor, expresso em graus.

o CAIXA: Caixa Econômica Federal.

o Caixa redutora de pressão: responsável pela alimentação do sistema com água da rede, reduzindo a pressão de abastecimento da concessionária local. Seu abastecimento é feito de forma direta.

o CAU: Conselho de Arquitetura e Urbanismo.

o Coletor Solar: equipamento responsável pela captação da energia solar e que promove a transferência de calor para a água.

o CONFEA: Conselho Federal de Engenharia e Agronomia.

o CREA: Conselho Regional de Engenharia e Agronomia.

o DASOL/ABRAVA: Departamento Nacional de Aquecimento Solar – Associação Brasileira de Refrigeração, Ar condicionado, Ventilação e Aquecimento.

o Declividade: razão entre a projeção vertical e horizontal de uma superfície inclinada, expressa em porcentagem.

o ENCE: Etiqueta Nacional de Conservação de Energia. Etiqueta concedida aos produtos testados no PBE/INMETRO permite que o consumidor avalie a qualidade dos produtos através da comparação dos níveis de eficiência em uma escala de A a E para coletores solares.

o EPI: Equipamento de Proteção Individual. Utilizado pelos profissionais responsáveis pela instalação do aquecedor solar na cobertura da casa.

o GIZ: Agência de Cooperação Alemã para o Desenvolvimento.

o HIS: Habitação de Interesse Social.

o INMETRO: Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia.

o Isolamento térmico: elemento instalado nas tubulações de água quente, no sistema de aquecimento solar, com objetivo de minimizar as perdas térmicas.

o PBE Equipamentos Solares: Programa Brasileiro de Etiquetagem de Coletores Solares., coordenado pelo INMETRO e que realiza ensaios em coletores solares e reservatórios térmicos de sistemas para aquecimento solar de água.


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o PMCMV: Programa Minha Casa Minha Vida. Programa habitacional do Governo Federal do Brasil que tem como meta a redução do déficit habitacional principalmente entre famílias com rendimento de até três salários mínimos.

o PMEN: Produção média mensal de energia de um coletor solar apresentada na Tabela de Equipamentos Solares do PBE do INMETRO.

o Reservatório térmico: equipamento responsável pelo armazenamento da água quente de um sistema de aquecimento solar.

o SAS: Sistema de Aquecimento Solar. Composto pelo coletor solar, reservatório térmico, caixa redutora de pressão, interligação entre os equipamentos e suportes, se necessários.

o Tempo de espera: período que o usuário aguarda o fornecimento de água quente após o acionamento (abertura) do chuveiro.

o TR da Caixa: Termo de Referência em Sistemas de Aquecimento Solar de Água para o Programa Minha Casa Minha Vida. Estabelece as regras, normas e procedimentos que deverão ser adotados pelos “Construtores” para a instalação dos aquecedores solares.

o Termossifão: tipo de circulação da água que ocorre entre o coletor solar e o reservatório térmico, provocado pela diferença de densidade da água resultante do aumento de sua temperatura no coletor solar. Também conhecida como circulação natural.

o Válvula anticongelamento: dispositivo utilizado para impedir que a água estagnada no interior do coletor solar congele sob temperaturas baixas.


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AQUECIMENTO SOLAR EM HIS - PROGRAMA MINHA CASA MINHA VIDA P R O G R AMA M I N H A C A S A M I N H A V I D A

INTRODUÇÃO

Segundo o estudo “Déficit Habitacional Brasileiro” de 2008, realizado pela Fundação João Pinheiro para a Secretaria Nacional de Habitação do Ministério das Cidades, o Brasil possui tal indicador estimado em 5,572 milhões de domicílios. A política habitacional do governo busca combater essa situação através de programas nacionais de habitação. Lançado em 2009, o Programa Minha Casa

Minha Vida (MCMV) tem como meta a construção de 1 milhão de casas para famílias com renda de até 3 salários mínimos (onde o déficit se concentra em 89,6%) e famílias na faixa de 3 a 5 salários mínimos (7,0%).

A partir do exemplo de experiências de companhias de habitação como a COHAB-MG e CDHU-SP, dentre outras, o Programa MCMV incorporou, de forma inovadora, a inserção de aquecedores solares em habitações cujas famílias possuam renda de até 3 salários mínimos, com a projeção de 300 a 400 mil residências contempladas com o equipamento nos próximos anos. Essa iniciativa visa o desenvolvimento de habitações mais sustentáveis com redução de consumo de energia e economia para os usuários.

Este Guia foi desenvolvido com o objetivo de auxiliar construtores e demais agentes na instalação correta de sistemas de aquecimento solar em habitações de interesse social, de acordo com o Termo de

Referência da Caixa Econômica Federal para Sistemas de Aquecimento Solar.

Aquecimento Solar no Brasil

O setor de aquecimento solar engloba empresas fabricantes, instaladoras, de manutenção, além de projetistas e consultores, sendo um dos maiores responsáveis pela criação de empregos verdes no país. Tal setor movimenta cerca de R$500 milhões/ano e tem expectativa de crescimento entre 15% a 20% ao ano, segundo dados do DASOL-ABRAVA (2010).

Dentre as aplicações da energia solar as mais comuns no Brasil são o aquecimento de água para banho e para piscina. Os sistemas destinados ao aquecimento de água para banho são operados de duas formas: circulação natural ou termossifão e circulação forçada.

A circulação natural é utilizada em casos de pequenos volumes (inferior a 1500 litros de água quente por dia – Figura 01) e em condições favoráveis de inserção (ex.: inclinação, orientação e dimensões do telhado). Dessa forma esse tipo de instalação é usualmente encontrado em residências unifamiliares, pequenos vestiários e afins.


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Figura 01: Exemplo de sistema de aquecimento solar de pequeno porte. Fonte: Avaliação de Instalações de Aquecimento Solar em Campinas (ECV 184/2006 – Eletrobras/Procel).

Já a circulação forçada ocorre em sistemas de médio e grande porte (Figura 02), onde há a necessidade de aquecimento de volumes maiores de água, ou quando a configuração do telhado ou cobertura não permite o uso da circulação natural. Tais instalações são utilizadas em edifícios multifamiliares verticais, hospitais, hotéis, dentre outros. Esse tipo de sistema apresenta maiores áreas de coletores solares, reservatórios de grande volume e um sistema de medição e controle mais refinado.

Figura 02: Exemplo de sistema de aquecimento solar de grande porte. Fonte: Avaliação de Instalações de Aquecimento Solar em Belo Horizonte (ECV 184/2006 – Eletrobras/Procel).


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No Brasil as empresas do setor atuam em ambas as aplicações, em alguns casos com mais de 30 anos de experiência no uso dessa tecnologia. De qualquer forma é importante destacar a importância do cumprimento das recomendações em relação ao dimensionamento e às boas práticas da instalação de aquecimento solar. Para isso consulte sempre as seguintes normas da ABNT:

- ABNT NBR 15569 – Sistema de aquecimento solar de água em circuito direto – Projeto e

Instalação;

- ABNT NBR 15747-1 – Sistemas solares térmicos e seus componentes – Coletores solares Parte 1:

Requisitos Gerais;

- ABNT NBR 10185 – Reservatórios térmicos para líquidos destinados a sistemas de energia solar –

Determinação de desempenho térmico;

- ABNT NBR 5626 – Instalação predial de água fria;

- ABNT NBR 7198 – Projeto e execução de instalações prediais de água quente.

Para os SAS a serem instalados dentro do Programa Minha Casa Minha Vida, no Termo de Referência da CAIXA, seu uso está restrito apenas para sistemas de circulação natural. Assim o detalhamento e as recomendações técnicas existentes neste Guia são relacionados apenas a esse tipo de instalação.

Componentes do Sistema de Aquecimento Solar

Cada um dos elementos que compõem o SAS tem características e especificidades que devem ser observadas para a boa compreensão de seu funcionamento. A composição desses produtos pode indicar sua qualidade e desempenho, fatores essenciais para o cumprimento das exigências do Termo de Referência do Programa MCMV.

Coletor Solar

O coletor solar é o dispositivo capaz de converter a radiação eletromagnética proveniente do Sol em energia térmica, aquecendo a água que passa pelas tubulações. Existem vários tipos de coletores e suas diferenças se dão devido às aplicações de baixa, média e alta temperatura. No caso do aquecimento de água para banho, são utilizados coletores planos fechados da categoria Aplicação Banho do INMETRO.

O coletor para banho possui a seguinte estrutura básica: isolamento térmico, tubos, placa absorvedora ou aletas, cobertura transparente, vedação e caixa externa. A Figura 04 ilustra esse equipamento.

No Termo de Referência da CAIXA os componentes do SAS são: coletor solar, reservatório térmico, caixa redutora de pressão, interligação entre os equipamentos e suportes que sejam necessários.


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Figura 04: Componentes do coletor solar para banho

A análise e seleção dos coletores podem ser bastante simplificadas se o Construtor se basear na classificação de equipamentos fornecida no âmbito do Programa Brasileiro de Etiquetagem – PBE do INMETRO. De início o leitor precisa apenas se preocupar em verificar a produção média mensal de energia do coletor solar, dado pela Tabela do PBE do INMETRO, e sua classificação na Etiqueta Nacional de Conservação de Energia (ENCE). O Termo de Referência da CAIXA estabelece características distintas para as regiões do Brasil, que são mostradas na Tabela 01 a seguir:

Tabela 01: Características de Coletores Solares segundo o Termo de Referência da Caixa Econômica Federal (TR CEF)

Não há restrição quanto à geometria dos coletores solares, que podem ser verticais ou horizontais (Figuras 05 e 06). Nas habitações de interesse social unifamiliares a cobertura (telhado) possui uma área reduzida e normalmente é dividida em duas águas com declividade aproximada de 30% (cerca de 17° de inclinação). Para a inserção nessas condições os coletores horizontais têm se mostrado uma boa solução, inclusive muito utilizada nesse tipo de sistema.


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Figura 05: SAS com coletor solar vertical Fonte: Luciana Carvalho/GIZ

Figura 06: SAS com coletor solar horizontal Fonte: Luciana Carvalho/GIZ

Os coletores horizontais devem possuir tubos ascendentes, com a entrada de água fria em sua porção inferior e a saída de água quente na parte superior oposta. Nas figuras 07 e 08 são mostrados dois coletores horizontais: um com os tubos na ascendente (correto) e outro com tubos na horizontal. Essa última configuração não é prevista atualmente nos ensaios do PBE/INMETRO, sendo seu uso não recomendado.

Figura 07: Coletor horizontal correto

Figura 08: Coletor horizontal incorreto


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No Brasil apesar da maioria das localidades possuírem temperaturas amenas mesmo durante o inverno, algumas localidades podem apresentar invernos mais rigorosos com a ocorrência de geadas. Nesses casos os SAS devem possuir um dispositivo anticongelamento – ou válvulas VAC. Essas válvulas podem ser acionadas por dispositivos termomecânicos ou elétricos (Figura 09 (a) e (b)).

(a) Mecânica

(b) Elétrica

Figura 09: Exemplo de dispositivo de anticongelamento. Fonte: Site Tekhouse (www.teckhouse.com.br – acessado em 16 de Novembro de 2012)

O set up das válvulas, normalmente da ordem de 5º C a 6º C, busca garantir a integridade dos coletores sob temperaturas próximas ao congelamento da água. Tal preocupação se justifica porque a água é uma exceção dentre as substâncias puras: a fase sólida ocupa volume maior do que a fase líquida e esse aumento pode causar ruptura dos tubos de cobre do coletor solar. Tais dispositivos precisam ser de boa qualidade e seu set up adequadamente especificado, evitando-se, assim, desperdício desnecessário de água. Pesquisa realizada junto a moradores do Sul do Brasil mostra que a abertura da válvula e a liberação da água do sistema gera insatisfação nos moradores pela sensação de desperdício e pelo esperado aumento na conta de consumo de água. A NBR 15.220-3 estabelece o Zoneamento Bioclimático do Brasil, dividindo o país em oito zonas de características climáticas diferentes, conforme mostrado na Figura 10.

O Anexo 2 do Termo de Referência da CAIXA apresenta uma lista de cidades com seus respectivos zoneamentos bioclimáticos para consulta.

A CAIXA exige a adoção de dispositivos anticongelamento em coletores

instalados em locais situados nas zonas bioclimáticas 1 e 2, e em locais

da zona bioclimática 3 cuja temperatura mínima no inverno seja igual ou

inferior a 2°C.


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Figura 10: Zoneamento Bioclimático Brasileiro (Fonte: ABNT NBR 15.220-3)

Os coletores devem ainda ser resistentes à temperatura de estagnação e pressão de trabalho; possuir vidro com espessura nominal maior ou igual a 3,0 mm; caixa em alumínio, aço inoxidável ou material resistente à corrosão e às intempéries. Caso o equipamento escolhido não atinja a produção média mensal de energia estabelecida é permitido realizar arranjo com número maior de coletores.

Reservatório Térmico

Como o consumo de água quente geralmente ocorre em períodos distintos de sua geração, o armazenamento torna-se essencial. Assim, o reservatório térmico é um importante componente para o bom funcionamento do SAS.

Os reservatórios térmicos são cilíndricos e podem ser instalados na horizontal ou vertical.

Os componentes do reservatório térmico são: corpo interno; isolante térmico; proteção externa; tubulações de alimentação, descarga e alívio (respiro ou suspiro); apoio para fixação e instalação ou suportes. Na Figura 11 esses componentes são mostrados.

O Termo de Referência da CAIXA define que o volume do reservatório

deve ser de 200 litros e que ele seja, de preferência, horizontal.


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Figura 11: Componentes de um reservatório térmico sem apoio elétrico para o PMCMV

O Programa Brasileiro de Etiquetagem do INMETRO (PBE) também realiza testes em reservatórios térmicos onde é possível verificar a perda específica de energia mensal de cada produto ensaiado.

Caixa redutora de pressão

Para pequenos sistemas, como os empregados no Programa Minha Casa Minha Vida, o abastecimento de água do reservatório pode ser feito diretamente da caixa d’água ou através de caixas de abastecimento instaladas logo acima do reservatório, que permitem a ligação direta à rede hidráulica da concessionária local. O corpo desse elemento deve ser feito de material resistente às intempéries como o aço inoxidável ou termoplástico (com proteção contra os raios ultravioleta). Na Figura 12 uma caixa redutora de pressão pode ser observada.

O corpo interno deve ser em aço inoxidável apropriado ou termoplástico

e resistir à temperatura de estagnação e à pressão de trabalho.

A CAIXA exige que os reservatórios térmicos utilizados sejam etiquetados

pelo PBE do INMETRO.


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Figura 12: Caixa redutora de pressão

Aquecimento Auxiliar – Chuveiro Elétrico

A geração de água quente pelo SAS depende das condições climáticas do local onde está inserido. Em dias nublados ou em que o consumo da água excede àquele dimensionado o aquecimento auxiliar se faz necessário.

Nas instalações de pequeno porte, em geral, o aquecimento auxiliar é acionado manualmente pelo usuário. O apoio elétrico (inserido no reservatório ou o próprio chuveiro) e o de passagem à gás são os mais encontrados em SAS no Brasil.

Nas habitações do PMCMV, o elemento de aquecimento complementar ao SAS é o próprio chuveiro elétrico (Figura 13). Em dias ensolarados, a resistência fica na posição “desligada” e nos períodos em que o aquecimento solar necessita de complementação, a resistência deve ser ligada na posição “verão” ou “inverno”, dependendo da necessidade.

A caixa redutora de pressão deve possuir as seguintes características:

registro bóia com vazão de operação mínima de 6,0L/min; volume útil

mínimo de 10 litros; registro de bóia com resistência à pressão conforme

norma da ABNT NBR 5626; tamponamento à prova de poeira; em aço

inoxidável ou termoplástico.


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Figura 13: Exemplo do uso do chuveiro elétrico como aquecimento complementar ao solar. Fonte: Laughton (2010)

Nesse caso o construtor deverá fornecer o aparelho com potência nominal entre 4400W e 4500W, observando a tensão elétrica no local da instalação. O aparelho também deve permitir a seleção de no mínimo 3 temperaturas diferentes. Também serão aceitos aquecedores a gás de passagem com regulagem de temperatura.

O Construtor deverá sempre seguir as normas da ABNT para garantir a correta instalação do chuveiro elétrico, principalmente com relação ao seu aterramento.

Tubulações

A tubulação de interligação dos componentes do SAS (circuito primário) e de distribuição de água quente (circuito secundário) deve suportar as pressões e temperaturas de operação do sistema proposto. Os materiais mais utilizados para a tubulação de água quente são o cobre ou materiais poliméricos termorresistentes (CPVC, PPR, EPDM entre outros). As figuras de 14 a 16 ilustram alguns desses materiais:

Figura 14: Tubo de cobre Figura 15: Tubo PPR

Os chuveiros elétricos deverão estar etiquetados pelo Programa Brasileiro de Etiquetagem (INMETRO) e publicados em sua página na internet (http://www.inmetro.gov.br/consumidor/tabelas.asp) na data da análise do projeto e do seu fornecimento à obra.


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Figura 16: Tubo CPVC

Suportes e fixação

Para fazer uso dos suportes para coletores solares deve-se verificar se a estrutura do telhado ou cobertura suporta o peso total do conjunto. O material dos suportes deve ser resistente às intempéries e corrosão, bem como suportar o peso do coletor. Também é recomendável que a montagem dos suportes seja de fácil execução.

Projeto e Inserção de SAS em HIS Para que uma edificação tenha qualidade todos os sistemas que a abastecem ou permitem seu funcionamento devem ser projetados e instalados de maneira adequada e segura. Assim, torna-se necessária a compatibilização dos projetos, a saber: arquitetônico, estrutural, elétrico, hidráulico, de segurança e de aquecimento. No caso do aquecimento solar é fundamental que arquitetos e engenheiros considerem sua inserção ainda no projeto, e não após a construção do edifício. Essa seção trata dos principais temas relacionados à implantação dos SAS em habitações de interesse social, ainda em fase de concepção.

A alimentação de água quente deve ser com tubulação em material

metálico (inox ou cobre), EPDM ou polimérico termorresistente.

Os suportes devem ser de material metálico não ferroso ou em aço

SAC300 ou similar, pintado com material adequado a sua proteção e

conservação; para a fixação de coletores deve ser previsto, no mínimo,

fita metálica galvanizada ou outro tipo de tratamento resistente à

corrosão; todo o conjunto deve ser resistente à carga de vento mínima

de 40 kg/m² e não apresentar arranjos que indiquem falta de equilíbrio

ou insegurança.


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Implantação e Orientação das Edificações

O sistema de aquecimento solar basicamente pode ser dividido em três subsistemas: captação, acumulação e consumo. A captação é composta pelos coletores solares, a tubulação entre os componentes (reservatório e demais coletores) e, em sistemas com volumes superiores a 1500 litros, pela bomba de circulação. O subsistema acumulação tem no reservatório térmico seu componente principal, que armazena a água aquecida para uso ao longo de todo o dia. Finalmente, o consumo compreende toda a tubulação que liga o reservatório térmico aos pontos de uso (chuveiros) e também é conhecido por circuito secundário.

Inicialmente é necessário compreender que os sistemas devem ser capazes de captar o máximo de energia possível e perder o mínimo na acumulação e na distribuição. Portanto, os coletores solares devem possuir ótima qualidade e sua implantação no telhado ou cobertura deve promover a melhor captação de energia.

Para a determinação da melhor inclinação das placas coletoras, vários critérios podem ser recomendados. De um modo geral, para se obter a maior incidência anual de radiação solar no plano do coletor sua inclinação deve ser igual ao valor da latitude do local. Para favorecimento do inverno, recomenda-se acrescentar 10° ao valor da latitude. Entretanto nos dois casos, a inclinação não deve ser inferior a 15º para que o termossifão funcione adequadamente. No caso das HIS do programa Minha Casa Minha Vida, a Caixa exige apenas que o coletor seja instalado diretamente sobre o telhado, não havendo necessidade de correção de sua inclinação.

Quanto à orientação do coletor, o TR Caixa recomenda que os coletores estejam voltados para o Norte Verdadeiro (ou Norte Geográfico), sendo aceitáveis desvios menores ou iguais a 30° para Leste ou Oeste.

De posse dessas informações o arquiteto estará apto a realizar o projeto de loteamento e de implantação dos edifícios de modo que favoreça a inserção dos aquecedores solares. Nas Figuras 17 e 18 são mostradas duas formas de implantação de edifícios multifamiliares em um mesmo loteamento.

Na primeira implantação (Figura 17) dois edifícios apresentam desvios de 40° para Leste, o que não é recomendável em termos de melhor aproveitamento de energia solar pelos coletores. Já na segunda implantação (Figura 18) o desvio de 0°, para todos os edifícios, garante o melhor posicionamento dos equipamentos, o que proporciona a geração de mais água quente.

Figura 17: Implantação 01 – Edifícios com desvios de 40° e 0º


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Figura 18: Implantação 2 – Desvio de 0° (ângulo azimutal de 180°)

Em conjuntos habitacionais já projetados é comum que as residências possuam implantações distintas para melhor aproveitamento do terreno, isso faz com que a orientação de seus telhados também seja diferente, como mostra a Figura 19. Dessa forma o projetista deverá avaliar qual a melhor porção da cobertura para implantação do SAS, bem como se há a necessidade de uso de suportes para corrigir a orientação dos coletores solares.

Figura 19: Exemplo de implantação de conjunto habitacional


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A forma como os suportes são instalados também deve garantir que os coletores solares não sejam inclinados fazendo com que seus tubos internos não fiquem na vertical (ou inclinados no eixo Y) prejudicando o funcionamento do sistema. Observe as figuras 20 e 21 que ilustram os modos correto e incorreto do uso dos suportes:

Figura 20: Inserção correta do SAS com suportes

Figura 21: Inserção incorreta do SAS com suportes

Caso não seja possível corrigir a orientação dos coletores o Termo de Referência da CAIXA (TR - CAIXA) estabelece que a Produção Média Mensal de Energia Nominal deva ser aumentada da seguinte maneira:


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Tabela 02: Correção da produção média mensal de energia proposta pelo TR da CAIXA

No projeto estrutural da cobertura, o engenheiro responsável deve adicionar aos cálculos a carga total dos equipamentos de aquecimento solar a serem instalados. As características de cada um são fornecidas pelos respectivos fabricantes e, para produtos etiquetados pelo INMETRO, também podem ser encontradas nas Tabelas de Sistemas e Equipamentos para Energia Solar – Aplicação Banho e de Reservatórios Térmicos Solares – Sem apoio elétrico (SAE).

Não há restrições quanto ao tipo de sistema que deverá ser instalado nas residências, podendo ser separado (com reservatório térmico interno a casa, ilustrado na Figura 22) ou em conjunto (com todos os equipamentos instalados sobre o telhado, como mostra a Figura 23). Essa última configuração tem sido intensivamente utilizada nas HIS – MCMV.

Figura 22: Reservatório térmico instalado sob o telhado

Não serão aceitos desvios superiores a 90° em relação ao Norte

Verdadeiro.


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Figura 23: SAS integrado e instalado em conjunto sobre o telhado

Quando todo o sistema for instalado sobre o telhado é importante, além da previsão da carga adicional, que o projeto do telhado seja adequado para receber dos equipamentos. Uma boa solução é equalizar o espaçamento dos caibros da estrutura com os apoios do reservatório térmico. Se isso não for possível pode-se prever um reforço adicional no local de inserção do equipamento.

Inserção do Sistema de Aquecimento Solar na HIS

Em um sistema de aquecimento solar basicamente a água fria é aquecida após passar pelo coletor exposto à irradiação solar, retornando ao reservatório térmico.

Seu funcionamento por circulação natural é regido pela diferença de densidade da água provocada pela diferença de temperatura. Pode-se afirmar que a água quando aquecida se torna mais “leve” e provoca uma diferença de pressão no sistema, ocupando os locais mais altos como o topo do coletor e do reservatório. Ao se deslocar para a parte superior do sistema a água mais fria ocupa a parte inferior, o que gera uma circulação natural. Observe na Figura 24 o movimento ascendente da água aquecida em um coletor solar.

É facultada a transferência da carga para a laje do banheiro ou para a estrutura principal do telhado, de acordo com o projeto apresentado. Também não poderá ocorrer esforço horizontal incompatível com o engradamento do telhado.


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Figura 24: Circulação natural em um SAS

A circulação natural em um SAS ocorre apenas quando seus componentes são muito bem instalados, por isso é necessário e fundamental seguir algumas recomendações de projeto nessa ocasião.

Para o bom funcionamento do SAS é importante obedecer a certos desníveis entre os componentes: coletor solar, reservatório térmico e caixa de água fria, conforme mostra a Figura 25.

Figura 25: Alturas recomendadas para o bom funcionamento do SAS em termossifão

A distância entre o topo do coletor e fundo do reservatório (distância topo/fundo ou TP) é importante para minimizar o fluxo inverso, que é a circulação de água pelos coletores no período noturno e que leva ao seu resfriamento da água armazenada.

Em um sistema de aquecimento solar acoplado os componentes ficam muito próximos entre si, inclusive existem modelos que são comercializados como um corpo único ou monobloco. Ao optar por esses sistemas é preciso verificar se o local de instalação possui abastecimento de água regular, já que a caixa de alimentação do sistema retira a água diretamente da rede hidráulica e não da caixa d’água.

Altura maior ou igual a 15cm

Altura entre 25 a 30 cm

MAIS QUENTE

MAIS FRIO


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Para favorecer a circulação natural dos componentes do SAS, recomenda-se que a entrada de água fria deva ser na parte inferior do coletor solar, enquanto a saída de água quente deve ser em seu topo no lado oposto (condição similar aos ensaios no PBE-INMETRO). De maneira análoga funciona o reservatório térmico, cuja saída de água quente para o consumo fica sempre em seu ponto mais alto.

Para minimizar as perdas pela tubulação, o caminho percorrido pela água entre os componentes deve ser o menor possível. Verifique novamente na Figura 24 o correto sentido de instalação desses elementos e o sentido do escoamento da água.

Além disso, algumas medidas são necessárias para impedir o acúmulo de ar na tubulação, já que tal fenômeno compromete a circulação da água no SAS. A ocorrência de bolhas na tubulação se dá, geralmente, devido à formação de sifões quando há necessidade de desvio de algum elemento do telhado, por exemplo. Porém, há casos em que esse problema não é tão facilmente identificado pelo instalador. Para garantir que a tubulação esteja livre desse acúmulo de ar é recomendável instalar um respiro ou eliminador de ar (sempre para cima) nos pontos críticos do sistema (Figura 26). Além disso, a tubulação de água quente deve estar sempre na ascendente.

Figura 26: Exemplo de respiro ou eliminador de ar instalado no sistema. Fonte: Renan Cepeda/GIZ

Para os coletores solares instalados diretamente sobre o telhado, sem o uso de suportes, recomenda-se o uso de um perfil metálico fixado na estrutura do telhado como mostra a Figura 27. É importante que a fixação do coletor seja resistente, em especial, a carga de vento.

O instalador deve garantir que a saída de água quente do coletor solar

esteja em seu ponto mais alto, que deve receber inclinação positiva neste

sentido, para a eliminação de bolhas.


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Figura 27: Recomendação para fixar coletores solares em telhados. Fonte: TR da CEF (adaptado pela equipe da Rede Eletrobras/Procel Solar)

Figura 28: Coletor amarrado com fio de cobre (incorreto). Fotografia: Renan Cepeda/GIZ

Para a instalação do reservatório térmico, deve-se garantir que eles não sejam apoiados diretamente sobre as telhas. Desse modo torna-se necessário o uso de um perfil metálico, que deve ser de material resistente à corrosão e que servirá de apoio para o equipamento. Recomenda-se que o perfil seja aparafusado na estrutura do telhado (Figura 29 e 30).

O TR-CEF vigente estabelece que não serão aceitas amarrações de coletores com fios metálicos e/ou arames. Portanto, coletores fixados conforme a Figura 28 deverão sofrer correções para que a instalação esteja de acordo com o solicitado.


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Figura 29: Reservatório térmico apoiado em perfil metálico fixado na estrutura do telhado

Figura 30: Reservatório térmico apoiado sobre suportes metálicos. Fonte: Renan Cepeda/GIZ

Todos os pontos que perfuram as telhas precisam ser vedados para impedir a penetração de água ou impureza, que comprometem a integridade dos telhados e, muitas vezes, do forro interno, Figuras 31 e 32.

Figura 31: Detalhe vedação com manta asfáltica aluminizada (correto). Fonte: TR da CEF (Adaptado pela equipe Rede Eletrobras/Procel Solar)

O instalador deverá realizar a vedação de quaisquer furos nas telhas da cobertura, decorrentes da fixação dos equipamentos, com manta asfáltica aluminizada ou poliuretano (Figura 31). Não serão aceitas vedações com silicone (Figura 32).


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Figura 32: Vedação com silicone (incorreto). Fotografia: Renan Cepeda/GIZ

Tubulações e distribuição de água quente

O isolamento térmico é fundamental e indispensável para as tubulações tanto do circuito primário, quanto as do secundário. Isso inclui as conexões, registros e válvulas por onde circulem fluidos com temperaturas superiores a 40°C. Os materiais mais utilizados para esse propósito são o polietileno expandido, a lã de rocha, lã de vidro, entre outros. Para casos de tubulação exposta às intempéries é importante também o uso de um segundo material que protegerá o isolamento, garantindo sua qualidade e vida útil (Figura 33). Para essa proteção a folha de alumínio corrugado e a fita aluminizada são muito utilizadas.

Figura 33: Detalhe de isolamento térmico sendo instalado na tubulação.

Fonte: Renan Cepeda/GIZ

Toda a tubulação, de material metálico ou polimérico termorresistente, deve receber isolamento térmico em calha de polietileno expandido com espessura mínima de 10 mm ou similar, além da proteção contra intempéries e raios UV. A tubulação localizada internamente também deve ser isolada (Figura 34).


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Figura 34: Tubulação interna isolada. Fonte: Renan Cepeda/GIZ

Para receber o SAS a habitação deverá possuir ponto de abastecimento de água fria a, pelo menos, 0,5 m da entrada do reservatório térmico e a rede de distribuição de água quente localizada a 0,5m de sua saída para o consumo. Além disso, a instalação sanitária deverá ser dotada de um misturador de água fria e outro de água quente, sendo que este último deve estar embutido na alvenaria (Figura 35), conforme o TR – Caixa atual.

Figura 35: Misturadores de água fria e quente modelo embutido na parede (correto). Fonte: Acervo pessoal Arq. Luciana Carvalho.

Não serão aceitas instalações de misturadores externos (Figura 36), muito utilizados em adaptações de residências que não possuem tubulação própria para água quente.


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Figura 36: Válvula misturadora externa que não pode mais ser utilizada, segundo o TR-Caixa vigente. Fonte: Avaliação de Instalações de Aquecimento Solar no Rio de Janeiro (ECV 184/2006 –

Eletrobras/Procel).

A distribuição de água quente é composta pela tubulação, válvulas e demais componentes que levam a água quente até o ponto de consumo.

A adoção do menor caminho do reservatório até o chuveiro, aliado ao uso reduzido de conexões quando possível, garante qualidade superior para a distribuição de água quente.

Para sistemas de aquecimento solar centrais ou distritais, o diâmetro da tubulação de distribuição é definido pelo número de pontos de consumo atendido. No caso dos SAS instalados nas HIS do Programa MCMV os sistemas serão individualizados, ou seja, cada sistema atenderá a apenas um chuveiro. Assim, recomenda-se o uso de tubulações de água quente com diâmetros de 15 mm a 22 mm, dependendo da distância entre o reservatório e o ponto de consumo abastecido.

O TR da CEF exige que a conexão dos misturadores de acionamento do chuveiro seja realizada em “Y” (Figura 37) e não em “T” (Figura 38). Também deverá ser prevista a instalação de um registro gaveta entre a saída do reservatório térmico e o registro de pressão de água quente do chuveiro.

Figura 37: Conexão dos misturadores em “Y” (correto) Fonte: www.tigre.com.br (Acessado em 16 de Novembro de 2012)


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Figura 38: Misturador em “T” (incorreto). Fonte: www.docol.com.br (Acessado em 16 de Novembro de 2012)

A água quente percorre uma distância entre o reservatório térmico e o ponto de consumo. Caso sua geração e consumo se dessem de forma constante e simultânea haveria sempre água quente disponível no chuveiro no momento em que ele fosse acionado. No entanto, como dito anteriormente, o consumo e geração ocorrem em períodos distintos. Então a água que fica estagnada na tubulação de distribuição tem sua temperatura reduzida e será, então, descartada pelo consumidor. Para substituí-la por água quente será necessário aguardar um período cujo valor está relacionado às dimensões da tubulação utilizada e a vazão do chuveiro. Tal período é conhecido por tempo de espera.

A fim de proporcionar maior conforto e menor descarte de água, os valores do tempo de espera devem ser os menores possíveis. Isso pode ser proporcionado pela menor distância entre reservatório e ponto de consumo e pelo uso de tubulações de diâmetro compatíveis com o número de chuveiros atendidos e pressão de trabalho pré-estabelecida. Em HIS devido às pequenas distâncias entre o reservatório e o chuveiro, esse tempo é normalmente inferior a 1 minuto, conforme resultado da pesquisa de campo realizada no âmbito do projeto de Avaliação de Instalações de Aquecimento Solar em Habitações de Interesse Social do Rio de Janeiro (ECV 184/2006 – Eletrobras/Procel).

Recomendações para o instalador e boas práticas

Para garantir uma boa instalação do SAS é fundamental que um bom projeto seja desenvolvido. Alguns pontos importantes que o projetista deve considerar são listados a seguir:

1 – Sempre contemplar a segurança, manutenção e zelo do equipamento;

2 – Permitir que o SAS possa receber manutenção adequada, garantindo que seu responsável tenha acesso seguro a ele;

3 – Considerar o estudo da água disponível no local de implantação para melhor escolher os componentes do SAS;

4 – Avaliar se o SAS provocará interferência no sistema de proteção de descargas atmosféricas/elétricas para edifícios que possuírem esse tipo de proteção. Em caso afirmativo deve-se prever uma solução.

5 – A ART de execução da instalação deve sempre estar disponível no canteiro de obras.

A instalação de um SAS não é tarefa muito complicada, mas o projetista deve fazer algumas recomendações para o instalador que irão garantir sua segurança, a integridade da edificação e o bom desempenho do sistema.


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Para garantir que o SAS opere de acordo com as definições do projetista é essencial que o instalador siga rigorosamente o projeto executivo da instalação, e comunique ao responsável pelo projeto quaisquer alterações realizadas durante a inserção do sistema.

O número de instaladores será definido de acordo com a complexidade e tamanho do projeto. Em geral, recomenda-se que no mínimo dois instaladores capacitados realizem o trabalho conjuntamente.

Para a realização do trabalho em telhados, o uso do EPI (Equipamento de Proteção Individual) é fundamental. Na Figura 39 uma equipe de instaladores trabalha na cobertura de um edifício multifamiliar em que o acesso é de alto risco, e todos utilizam os EPI´s pertinentes.

Figura 39: Equipe de instaladores com EPI. Fonte: Renan Cepeda/GIZ

No momento da instalação é importante que o responsável garanta a integridade da casa. Assim, devem ser tomados cuidados especiais com os componentes do telhado, paredes e demais instalações, já que quaisquer danos causados pela falta de zelo deverão ser reparados.

Em sistemas que operam por termossifão a elevada perda de carga compromete muito sua eficiência e deve ser evitada. Assim recomenda-se que alguns cuidados sejam adotados pelo instalador principalmente nas interligações entre o coletor e o reservatório. Em casos em que o reservatório está localizado internamente o instalador deve evitar que a tubulação de alimentação e retorno do coletor tenha curvas em demasia, muitas vezes utilizadas para desvio da estrutura do telhado, por desconhecimento ou hábitos do instalador.

O instalador deverá seguir as recomendações das normas e textos normativos da ABNT que tratam da instalação de tubos metálicos e poliméricos. A NBR 15345, por exemplo, trata de instalações de tubos de cobre e aço carbono e apresenta uma série de informações sobre equipamentos utilizados, como medir e cortar os tubos, limpeza e preparação do tubo para a solda e demais procedimentos para a soldagem. As Figuras 40 e 41 mostram um instalador preparando e soldando um tubo de cobre:


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Figura 40: Aplicação do fluxo com pincel. Fonte: Renan Cepeda/GIZ

Figura 41: Soldagem de tubos. Fonte: Renan Cepeda/GIZ

Após a instalação do SAS o construtor também deverá disponibilizar ao usuário um manual de fácil leitura e ilustrado, com as seguintes informações:

1. Todas as informações do fabricante; 2. Especificações técnicas dos produtos; 3. Informações sobre o que é um SAS; 4. Dados sobre os benefícios ao usuário; 5. Instruções de uso do equipamento; 6. Funcionamento do sistema de aquecimento auxiliar; 7. Informações sobre a capacidade do reservatório térmico; 8. Dicas de economia e duração do banho; 9. Informações sobre a manutenção do SAS; 10. Garantia do produto (no mínimo 5 anos); 11. Disponibilizar contato do serviço de atendimento ao consumidor; 12. Disponibilizar contato de assistência técnica.

Ficará a cargo do Fornecedor do SAS o acompanhamento da instalação dos sistemas em todo o conjunto e a emissão do “Termo de Conclusão” exigido pela CAIXA (modelo disponível no TR atual). O serviço de assistência técnica também será de responsabilidade do Fornecedor por um período mínimo de 12 meses a partir da data da instalação. Tal assistência, quando necessária, deverá ser realizada em até 72 horas após acionamento do Fornecedor pelo usuário.

O projeto e instalação do SAS devem ser realizados por profissional capacitado acompanhado da ART da obra emitida pelo sistema CONFEA/CREA e CAU. As normas da ABNT, leis municipais, estaduais e federais devem sempre ser seguidas e observadas pelos responsáveis, bem como a versão mais recente do Termo de Referência da Caixa.


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Referências Bibliográficas

I. Caixa Econômica Federal. “Termo de Referência Sistemas de Aquecimento Solar de Água – SAS. Programa Minha Casa Minha Vida 2”.

II. Fundação João Pinheiro. “Déficit Habitacional no Brasil 2008”. Julho de 2010.

III. Eletrobras/Procel. “Energia Solar para aquecimento de água no Brasil – Contribuições da Eletrobras Procel e Parceiros”. Rio de Janeiro, 2012.

IV. Eletrobras/Procel. Avaliação de Instalações de Aquecimento Solar em Belo Horizonte (ECV 184/2006 – Eletrobras/Procel). Relatório Técnico, 2010.

V. ABNT. NBR 15569 – Sistema de aquecimento solar de água em circuito direto – Projeto e

Instalação;

VI. ABNT. NBR 15747-1 – Sistemas solares térmicos e seus componentes – Coletores solares Parte 1:

Requisitos Gerais;

VII. ABNT. NBR 10185 – Reservatórios térmicos para líquidos destinados a sistemas de energia solar

– Determinação de desempenho térmico;

VIII. ABNT. NBR 5626 – Instalação predial de água fria;

IX. ABNT. NBR 7198 – Projeto e execução de instalações prediais de água quente.

X. ABNT. NBR 15345-Instalação predial de tubos e conexões de cobre e ligas de cobre.

XI. ABNT. NBR 15.220-3. Zoneamento Bioclimático do Brasil.

XII. ILHA et al. “Sistemas Prediais de Água Quente”. Texto técnico. Escola Politécnica da USP. Departamento de Engenharia Civil.

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