Estudo da aplicação de um sistema solar térmico para climatização de uma habitação antiga

Abstract

A presente dissertação tem como principal objetivo estudar a aplicação de energia solar térmica para aquecimento ambiente de uma habitação, situada na zona histórica de Coimbra. Este estudo foi efetuado com recurso ao programa de simulação energética EnergyPlus 8.5.São apresentados resultados para cinco simulações energéticas, correspondendo a cinco diferentes tipos de sistemas de aquecimento ambiente do edifício. Nas três primeiras simulações são usados, como solução de aquecimento, os painéis radiantes, o piso radiante e os convetores, respetivamente, sendo a energia térmica fornecida exclusivamente por um sistema solar térmico convencional. Estas três simulações são o principal foco do trabalho, pois são as alternativas em estudo que usam energia solar térmica (energia renovável). Na quarta simulação energética são usados dois aquecedores elétricos como fonte de aquecimento e na quinta não é usado qualquer tipo de aquecimento do ambiente (esta simulação serve de comparação para avaliar a eficácia dos sistemas de aquecimento solar). De modo a calibrar o modelo do edifício, foi feita uma validação dos resultados para uma semana em que temos dados reais das temperaturas medidas na casa e no exterior. Foi necessário alterar o ficheiro meteorológico de Coimbra para a respetiva semana, adicionando os dados das medições na semana correspondente. Com este ficheiro alterado correu-se a simulação com um modelo em que a casa está sempre sem ocupação e não é climatizada, comparando-se as temperaturas obtidas na simulação com as temperaturas reais medidas na habitação. Alguns parâmetros do modelo, como os coeficientes da ventilação natural, as propriedades dos materiais construtivos, os envidraçados e as proteções solares foram ajustados de modo a obter uma boa correspondência entre os resultados da simulação e os resultados das medições. Em termos de resultados finais, são analisados alguns dos parâmetros de conforto térmico como a temperatura do ar interior e número de horas em que o setpoint é cumprido para as cinco simulações e para os diferentes pisos da habitação. Também é feita uma análise às temperaturas do reservatório de água quente e aos consumos energéticos. A análise dos resultados permite-nos tirar conclusões sobre qual a solução de aquecimento solar mais interessante para utilizar no edifício.

The main objective of this dissertation is to study the application of solar thermal energy to produce ambient heating in a dwelling located in the Coimbra historic area. This study was carried out using the energy simulation program EnergyPlus 8.5. Results are presented for five energy simulations, corresponding to five different types of ambient heating systems in buildings. In the first three simulations are used radiant panels, radiant floor and baseboard convectors, respectively, as heating solutions, and the thermal energy is exclusively supplied by a conventional solar thermal system. These three simulations are the main work focus, since they represent the only alternatives simulated that use solar thermal energy (renewable energy). In the fourth energy simulation, two electric baseboard heaters are used as a heating source and in the fifth model there is no heating system (this simulation is used as a comparison, in order to evaluate the effectiveness of the solar heating systems). The building model was validated for a week for which we have real data on the measured indoor and outdoor air temperatures. It was necessary to adapt the Coimbra meteorological file forthis week, adding the data of the measurements in the corresponding places. With this altered file, the simulation was ran with the model of the building with neither occupation nor heating, and the simulated indoor temperatures were compared with the measured temperatures. Some parameters of the model such as the natural ventilation coefficients, the building materials properties, the glazing and the solar protections were adjusted in order to obtain a better match between the simulation results and the measurements results.The final results include the analysis of some thermal comfort parameters, such as indoor air temperature and number of hours in which the setpoint is fulfilled for the five simulations and different floors of the dwelling. Other results analysed are the hot water tank temperatures and the thermal energy consumption for ambient heating. These results allowed to draw conclusions about which solar heating solution is the most interesting to use in the building.