Análise de viabilidade técnico-econômica de sistemas solares combinados a bombas de calor para aquecimento de água

• Main Author: Gonçalves, Juliana Emanuella
• Other Authors: Universidade Federal de Santa Catarina
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: 2017
• Subjects: Engenharia mecânica; Energia solar térmica; Bombas de calor
• Online Access: https://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/172781

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016. === Made available in DSpace on 2017-01-31T03:08:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 343720.pdf: 2037557 bytes, checksum: 9fa3a75bec05f074541dcb7113b66c77 (MD5) Previous issue date: 2016 === Uma análise da viabilidade técnico-econômica de sistemas solares com-binados a bombas de calor para aquecimento de água é conduzida neste trabalho com o objetivo de estimular o uso de energia solar térmica no Brasil. Duas configurações distintas são propostas: (1) sistema solar com dois reservatórios conectados em série e uma bomba de calor ar-água atuando como fonte de energia auxiliar; e, (2) sistema solar com dois reservatórios conectados em paralelo e uma bomba de calor água-água. Além dessas, duas configurações alternativas para o sistema solar convencional foram tomadas como referência para as análises. Todos os sistemas foram modelados no software TRNSYS, dedicado a simulações transientes, considerando-se dados climatológicos de um ano meteoro-lógico típico (typical meteorological year - TMY) para cidade de Flori-anópolis-SC. Dados de catálogo fornecidos por fabricantes foram utili-zados para determinar o desempenho dos coletores solares e das bombas de calor. Os sistemas são direcionados ao aquecimento de água em larga escala, isto é, a empreendimentos com grande consumo de água quente, como condomínios residenciais, hospitais e hotéis, visto que possuem maior potencial para economia de energia e redução de custo, justificando assim o aumento do investimento inicial devido à introdução da bomba de calor no sistema. Nesse sentido, busca-se determinar qual dos sistemas retornará ao usuário a melhor relação custo-benefício segundo o critério do ganho líquido no ciclo de vida do empreendimento. O método de Monte Carlo foi utilizado para analisar o impacto de incertezas do padrão de consumo na viabilidade econômica dos sistemas. Os resultados mostram que todos os sistemas apresentados são capazes de proporcionar ganhos líquidos positivos ao usuário. A quantificação desse ganho depende, no entanto, do dimensionamento dos sistemas em função da área de coletores, do tamanho dos reservatórios de armazenamento de energia e da capacidade da bomba de calor, além dos parâmetros econômicos adotados. De modo geral, o sistema combinado à bomba de calor ar-água demonstrou desempenho superior em termos de eficiência energética global em relação aos demais, e foi capaz de proporcionar ganhos líquidos comparáveis aos sistemas solares convencionais.<br> === Abstract : This work presents an analysis of the simulated performance of two combined solar heat pump water heating systems, aiming to provide technical data to promote the use of thermal solar energy in buildings in Brazil. Two configurations of combined solar-heat pump domestic water heating systems were proposed: (1) a dual tank solar system combined to an air-source heat pump (ASHP); and, (2) a dual tank solar system combined to a water source heat pump (WSHP). A single and a dual tank traditional solar system were also undertaken as reference systems. The four systems of interest were modeled in the TRNSYS software and simulated for a year in order to compare their performances. Simulations were performed for a typical meteorological year (TMY) using climate data of Florianópolis, Brazil. Actual manufacturers catalog data were used to simulate both the solar collector and the heat pumps performances. Focus is given on large daily hot water consumers, such as multi-residential buildings, hospitals or hotels, in order to explore their higher potential for energy and cost savings, and improve the economic justifiability of the proposed systems through the economy of scale. The economic feasibility of the proposed systems was assessed by means of Life Cycle Savings Analysis (LCSA). Uncertainty analysis was carried out through a Monte Carlo approach. Results showed that all systems are profitable. The potential savings depend however on different combinations of economic parameters as well as design parameters such as collector area, storage volume and heat pump capacity. In general, the solar system combined to an ASHP showed better performance, and was able to provide economic savings comparable to the traditional solar systems.