Descubra como é feito o dimensionamento de aquecimento solar

O uso de energia solar para aquecimento de água é uma solução interessante para reduzir, de forma significativa, as despesas com eletricidade. Com um sistema que capta a insolação e gera energia térmica, é possível ter água quente em torneiras e chuveiros. Para o correto dimensionamento de aquecimento solar, o projeto deve considerar a demanda da edificação.

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Isso significa que, para projetar o sistema de aquecimento, é preciso analisar a necessidade de água quente da edificação, calculando desde a quantidade de pontos até o tempo médio de banhos diários. Além disso, o potencial de insolação do lugar também deve ser avaliado, uma vez que regiões com menor incidência de sol podem precisar de mais coletores.

Quer entender como esse dimensionamento é feito? Acompanhe nosso post para saber mais sobre o funcionamento do aquecedor solar, suas vantagens e como fazer o projeto adequado para o imóvel!

O que é e como funciona o aquecedor solar?

aquecedor solar é um sistema composto por:

  • painéis ou placas coletoras, que absorvem a insolação e transferem o calor para a água (ou outros fluidos, especialmente no caso de indústrias). O equipamento possui tubulações internas, pelas quais a água circula;

  • reservatório térmico (também conhecido como boiler), que armazena a água quente e mantém sua temperatura. Dependendo do projeto, esse reservatório pode ter um sistema auxiliar de aquecimento, que é acionado em períodos de baixa insolação.

Existem dois tipos de painéis coletores. O modelo plano, mais utilizado no Brasil, possui serpentinas internas, fabricadas normalmente em cobre (mais eficiente) ou em aço inox (mais resistente ao congelamento causado por geadas). Já o aquecedor com coletor a vácuo tem tubos internos agrupados, revestidos por duas camadas de vidro. O isolamento do calor é feito pelo vácuo.

O aquecedor solar não usa eletricidade (exceto como apoio, no caso de necessidade de uso do sistema auxiliar) e nem gera energia elétrica, apenas energia térmica. Para geração de eletricidade, é necessário instalar um sistema fotovoltaico, que funciona de maneira diferente. Os dois equipamentos podem ser utilizados de forma complementar.

Quais as vantagens de instalar um aquecedor solar?

O aquecedor solar residencial apresenta diversas vantagens, como a redução de tarifas de energia elétrica. Confira outros benefícios proporcionados pelo equipamento:

  • a energia utilizada é gratuita e renovável;

  • não há taxas mensais para pagar (tarifas de energia);

  • manutenção é simples e sua vida útil é longa;

  • o imóvel será mais valorizado;

  • em algumas cidades, existem estímulos, como a redução do Imposto Predial e Territorial Urbano (IPTU) para edificações que utilizam fontes de energia renovável;

  • vantagens para o meio ambiente, já que com a redução da necessidade de energia, as usinas geradoras ficam menos sobrecarregadas. No Brasil, em situações de estiagem, normalmente são acionadas as usinas térmicas, que operam baseadas na queima de hidrocarbonetos, gerando poluição.

Um dos grandes benefícios do uso de um sistema de aquecimento solar é a sustentabilidade. Os chuveiros elétricos, por exemplo, são responsáveis pelo elevado consumo de energia. Utilizando o aquecedor solar, é possível dispensar o uso de eletricidade para realizar essa função, contribuindo para a preservação do meio ambiente.

No caso de uso do sistema de aquecimento solar em empresas, além de todos os aspectos citados, há também a vantagem dela passar a ser vista pela comunidade como ambientalmente responsável. Isso melhora a imagem corporativa perante seus clientes e funcionários e, sem dúvida, proporciona também benefícios econômicos.

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O que considerar para fazer o dimensionamento de aquecimento solar?

O dimensionamento adequado do sistema de captação de radiação solar é um dos pontos mais importantes do projeto. Quando corretamente planejado, determina a viabilidade do investimento e garante a sua eficiência para a edificação.

O projeto deve ser elaborado de acordo com a NBR 15569, que trata de sistemas de aquecimento solar de água em circuito direto. Basicamente, existem três elementos a serem analisados: o local de instalação e seu potencial de insolação, o perfil de consumo de água quente e a forma de instalação.

O primeiro item refere-se à instalação dos coletores e do reservatório térmico. Devido à diversidade dos telhados e existência de áreas de sombra, é preciso analisar com atenção qual o melhor tamanho do coletor solar e o modelo do reservatório. Essa decisão impactará no dimensionamento do sistema, influenciando assim a sua eficiência.

Além disso, a avaliação do local também é importante para direcionar corretamente as placas coletoras, aumentando a sua eficiência na captação do sol. Para as regiões abaixo da linha do Equador (Hemisfério Sul) elas normalmente devem ser direcionadas para o norte, e para as regiões acima desse marco geográfico (Hemisfério Norte), devem ser direcionados para o sul.

O perfil de consumo de água quente da edificação também impacta a decisão sobre a capacidade dos equipamentos. Quanto maior a necessidade de água quente, maior a demanda por energia. Por isso, o reservatório precisa ter maior capacidade de armazenamento e podem ser necessários mais coletores.

Para fazer essa análise, é preciso verificar quantos pontos (chuveiros e torneiras) receberão a água aquecida, a quantidade de usuários, o número de banhos diários e o tempo de cada um, entre outros aspectos. É importante ter atenção à vazão de água dos pontos de consumo, pois isso também determina o volume diário.

Por fim, o terceiro item refere-se à forma de instalação. Dependendo do projeto, alguns acessórios, como válvulas e bombas para a circulação da água, também podem ser necessários. Embora possam elevar o valor final da instalação, tais equipamentos são fundamentais para garantir o funcionamento correto do sistema.

Como calcular corretamente o volume de água aquecida?

Como explicamos, o projeto deve prever a demanda por água aquecida, ou seja, quantos litros precisam ser aquecidos por dia. Com essa informação, os técnicos planejam o dimensionamento do sistema e os equipamentos necessários.

Assim, você deve saber quais os pontos de água aquecida (chuveiro, banheira e torneiras) e quantas pessoas residem no imóvel. Como parâmetro, é possível utilizar a tabela seguinte para fazer o cálculo:

APARELHO

VOLUME

NÚMERO DE PESSOAS

VOLUME APARELHO

Chuveiro

70 litros

Banheira

150 litros

Lavatório

20 litros

Pia da cozinha

25 litros

TOTAL

  • a coluna 1 indica os aparelhos com a capacidade de fornecer água quente à sua residência;

  • a coluna 2 mostra o volume médio por dia e por pessoa, consumido por cada aparelho. Para um cálculo mais preciso, é importante saber qual a vazão de água de cada equipamento;

  • a coluna 3 relaciona o número de pessoas que utiliza cada aparelho. Normalmente, é o próprio número de residentes;

  • a coluna 4 totaliza o volume consumido para cada aparelho (valor da coluna 2 multiplicado pela coluna 3).

Portanto, basta preencher as colunas 3 e 4 e, ao final, somar os dados da coluna 4, obtendo o total de água necessário para o consumo de um dia.

Veja, no exemplo a seguir, o caso de uma residência na qual vivem 4 pessoas e só uma faz uso da banheira todos os dias:

APARELHO

VOLUME

N. DE PESSOAS

VOLUME APARELHO

Chuveiro

70 litros

4

70 X 4 = 280

Banheira

150 litros

1

150 X 1 = 150

Lavatório

20 litros

4

20 X 4 = 80

Pia da cozinha

25 litros

4

25 X 4 = 100

TOTAL

610 litros/dia

Nessa simulação, o sistema deverá ser dimensionado para um consumo diário de 610 litros de água aquecida. Se não houver banheira, desconsidere esse valor.

Como fazer o cálculo de incidência solar?

O cálculo de incidência solar serve para indicar e orientar a colocação dos coletores solares no telhado da edificação. A latitude influencia na projeção do sol no imóvel. Logo, para cada localidade deve ser realizado um estudo distinto para instalar as placas corretamente, otimizando o seu funcionamento.

Além disso, é preciso avaliar a área onde os painéis serão instalados. Especialmente em centros urbanos, existem locais bastante afetados por sombra de outras edificações vizinhas, o que interfere na eficiência do sistema. Essa análise determina a inclinação das placas e o melhor ponto para instalação.

Um instrumento que auxilia bastante no cálculo é o uso da carta solar. Atualmente, softwares de engenharia também apresentam ferramentas próprias para prever a projeção solar na edificação em cada dia do ano.

Como projetar o reservatório térmico?

A capacidade de armazenamento do boiler também deve considerar tanto o volume diário de água aquecida necessária para o imóvel, quanto a incidência de sol. Sua instalação, no entanto, depende de algumas características da edificação. A água quente tem densidade distinta da fria, e isso normalmente faz com que ela circule entre os coletores e reservatórios. Nesse caso, não é necessário o uso de energia elétrica, apenas um termossifão. O sistema pode estar em nível ou desnível.

Quando há desnível, o projeto deve calcular uma diferença de 10 centímetros entre o nível do reservatório e o dos painéis, e a caixa de água fria deve estar acima do boiler. Na instalação em nível, quando a caixa de água fria e o reservatório estão nivelados, o projeto deve prever uma lâmina de água de, no mínimo, 10 centímetros acima do nível superior do reservatório.

Porém, quando não é possível instalar as placas no local adequado para o funcionamento do sistema de circulação natural, por termossifão, é necessário instalar uma motobomba entre os coletores solares e o reservatório térmico, para forçar a circulação da água.

Como prever a energia necessária para a eficácia do sistema?

São necessários, pelo menos, dois cálculos. Antes de tudo, deve-se projetar o volume do sistema de armazenamento por meio da fórmula:

Varmaz = Vconsumo x (Tconsumo – Tambiente)/(Tarmaz – Tambiente)

Nessa equação:

  • Vconsumo significa consumo diário (m³);

  • Tconsumo é a temperatura de consumo de utilização (em ºC);

  • Tarmaz é a temperatura de armazenamento da água (Tarmaz>Tconsumo) em ºC;

  • Tambiente é a temperatura ambiente média anual do local da instalação, também em ºC.

Utilizando o exemplo que citamos anteriormente para estimar o volume de consumo de água aquecida, temos os seguintes dados:

Varmaz = 75% do consumo diário (volume ideal);

Vconsumo = 610;

Tconsumo = temperatura ideal de consumo da água quente, que costuma variar de 40º a 50º;

Tambiente = temperatura ambiente do local, que varia. Adotaremos 25º.

Logo, teremos:

V = 610 x (40º – 25º)/(50º – 25º) = 366 litros (volume mínimo) — ou 75% do consumo diário da edificação = 457.5 litros (volume ideal).

Com esses dados, já podemos calcular a energia necessária, expressa na seguinte fórmula:

Eutil = Varmaz x p x Cp x (Tarmz – Tambiente)/3600

Na qual:

  • Eutil é a energia útil, calculada de acordo com a unidade Kwh/dia;

  • Varmaz é a capacidade de armazenamento, que deve ser, no mínimo, de 75% do total necessário;

  • p é a massa específica da água (1000 kg/m³);

  • Cp é o calor específico da água (4,18 kj/kg).

Dessa forma, temos:

Eutil = 458 x 1000 x 4,18 x (50 – 25)/3600 = 13,29 Kwh.

Essa é a quantidade diária de energia que precisa ser gerada pelos coletores, a fim de manter a água a ser utilizada na casa aquecida a uma temperatura ideal. A tabela do Inmetro lista os coletores solares disponíveis no mercado e a sua geração mensal de energia. Com esta informação, é possível estimar quais e quantos coletores você vai precisar para o seu sistema.

Um técnico especializado tem condições de fazer todos esses cálculos e projetar o sistema mais adequado para cada necessidade. Saber fazer o correto dimensionamento de aquecimento solar é fundamental para garantir o funcionamento adequado, com melhor custo-benefício para o seu cliente.

Continue sua visita em nossa página para conhecer as melhores soluções para aquecimento de água e uso de energia térmica!

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10 thoughts to “Descubra como é feito o dimensionamento de aquecimento solar”

  1. Quanto custo um aquecedor solar para 2 banheiros,cozinha,lavanderia,para uso de 04 pessoas, instalado na cidade de rio manso. Aguardo retorno. CONFORME A TABELA DE VOCES VAI GASTAR 600 LITROS. QUANTAS PLACAS DEVO USAR , QUANTOS LITROS DEVE SER O SBOLER.

  2. Bom dia,

    Prezados, gostaria de saber a relação dos preços entre as duas tecnologias.
    A quantidade de litros de água é igual a 600.

    Se puderem encaminhar essas informações, ficarei muito grato. Estou construindo a minha casa e quero adotar este tipo de facilidade.

    1. Olá, Sirlene! A quantidade de placas (coletores solares) necessárias vai depender da eficiência energética do produto, as placas que apresentam maior eficiência energética são as que possuem classificação A no Inmetro.
      A eficiência energética é calculada pelo Inmetro através de parâmetros de clima e insolação padronizados, para que haja uma comparação entre os produtos, mas para cálculo de quantidade de placas é importante também considerar que o clima das cidades é variável e que o posicionamento das placas no seu telhado pode não ser o mais ideal (apesar de estar dentro dos posicionamentos aceitáveis).
      Outro fator importante é o horário de maior utilização de água quente, se ela acontece durante todo o dia ou se tem grande pico durante a noite.
      Este último item é importante porque uma quantidade maior de coletores solares vai aquecer a água mais rápido do que se considerarmos uma quantidade menor dos mesmos coletores, e isso pode fazer toda a diferença se você utilizar a água quente várias vezes durante o dia, por exemplo. Coletores mais eficientes também aquecem mais rápido!
      Em resumo, recomendamos a instalação de 1,0 m² a 1,5 m² de coletor solar para cada 100 litros de água quente do reservatório, no seu caso, de 4,0 m² a 6,0 m² de coletor solar, sendo que a escolha entre 4 ou 6 metros, deverá ser de acordo com os itens que apresentei acima: eficiência energética, posição dos coletores, clima predominante na sua cidade (quanto mais nublado e frio, maior a quantidade de coletores) e horários de maior utilização de água quente.

      Obrigado pelo contato!
      Espero ter ajudado.

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