Dimensionamento e análise econômica de sistema de aquecimento solar de água para uma residência estudantil no sul do Brasil

Abstract

Neste trabalho realizou-se o dimensionamento de um sistema de aquecimento solar para um projeto de residência estudantil que deverá ser construída em Porto Alegre. Foram utilizados dois métodos de dimensionamento, o proposto pela Norma ABNT NBR 15569:2008, com maiores simplificações, e o método clássico f-Chart, a ser utilizado com mais segurança por apresentar a fração solar mensal e um desvio máximo de 5%. Para os dois casos, foi utilizado um consumo diário de água de 50 litros/pessoa e uma fração solar média anual equivalente a 70%. Para estas condições, o método f-Chart forneceu uma área coletora de 162 m² e o resultado obtido pela norma foi de 140 m². O retorno do investimento foi realizado comparando-se o custo do sistema solar somado ao gasto anual com energia auxiliar utilizando aquecedores a gás (natural e GLP) de passagem em série com os reservatórios em relação ao gasto anual utilizando chuveiros elétricos. Para os 162 m² de área coletora, obteve-se um retorno do investimento em 2 anos se utilizado o Gás Natural como energia auxiliar e em 2 anos e 7 meses se for utilizado o GLP. Para os 140 m² o retorno utilizando-se Gás Natural e GLP foi de respectivamente 1 ano e 10 meses e 2 anos e 5 meses. A análise dos resultados mostra que quanto maior a residência em projeto, maiores são os benefícios em se utilizar o sistema de aquecimento solar, tendo em vista que os gastos com energia elétrica serão contínuos ao longo do tempo, e a utilização de reservatórios térmicos maiores aumentam a eficiência do sistema. O sistema de aquecimento solar utilizando aquecedor de passagem a gás natural em série com o reservatório como energia auxiliar, dimensionado através do método f-Chart, mostra-se uma excelente alternativa para os chuveiros elétricos, gerando uma economia aos cofres públicos de mais de R$ 1.500.000,00 em 20 anos para esta residência estudantil.

In the present work a solar water heating system was designed to be used for heating of a student residence in project that should be built in Porto Alegre. Two design methods were used, the one proposed by the Norm ABNT NBR 15569:2008, which has more simplifications and the classic f-Chart Method, to be used with more security for presenting a monthly solar fraction and a maximum deflection of 5%. For both cases, it was used a daily water consumption of 50 liters/person and an average annual solar fraction of 70%. For these conditions, the f-Chart method provided a collecting area of 162 m² and the result obtained through norm was 140 m². The payback was calculated comparing the cost of the solar system added to the annual charge with auxiliary power using (natural and LPG) gas heater in passing in series with the thermal reservoirs, regarding the annual charge for an electric shower. For 162 m² of collecting area, there was obtained a payback in 2 years when used natural gas as auxiliary power, and when used the LPG, the payback was in 2 years and 7 months. For 140 m² of collecting area, the payback for natural gas and LPG was respectively in 1 year and 10 months and 2 years and 5 months. The analysis of results shows that the bigger the residences in project are, the greater are the benefits when used solar heating systems, given that the charges with electric power are continuous over time, and the use of thermal reservoirs increases the system efficiency. The f-Chart method designed solar heating system with natural gas heater in passing, appears to be an excellent alternative for electric showers, generating savings to the public safes of more than R$ 1.500.000,00 in 20 years for this student residence.