Avaliação de soluções com energias renováveis numa ERPI

Abstract

Atualmente existe uma grande pressão pela procura de soluções sustentáveis e eficientes para a utilização dos recursos energéticos nos edifícios, dada a sua grande representação nos consumos energéticos e emissões de gases com efeito de estufa, sendo a preparação de águas quentes sanitárias responsável por uma parte significativa dos consumos energéticos dos edifícios. Com este trabalho pretende avaliar-se soluções para a geração de águas quentes sanitárias num lar de idosos, de modo a otimizar a contribuição das energias renováveis como o solar térmico e fotovoltaico, tendo em conta o impacto financeiro, ambiental e também o impacto na classe energética das soluções encontradas. Para tal, começou por se realizar a caracterização do edifício, identificando a zona climática em que este se insere e analisando as suas envolventes e os seus sistemas técnicos, tanto a nível de ventilação como de iluminação fixa. Desta forma foi possível realizar a simulação dinâmica multizona do edifício, permitindo a obtenção das cargas térmicas e das necessidades de climatização para todo o edifício, tendo resultado uma potência total necessária para aquecimento de 83 kW e de 192 kW para arrefecimento, assim como necessidades de aquecimento de 29 MWh/ano e de arrefecimento de 237 MWh/ano. Procedeu-se à definição da solução de geração de AQS, começando por se identificar o perfil de consumo de água quente do edifício, o que permitiu o dimensionamento de um sistema solar térmico, apoiado por uma caldeira a gás natural. Resultou assim um sistema com 45 painéis, correspondendo a uma área de coleção de 113 m2 , com um depósito de acumulação de 3500 L, e uma caldeira a gás natural com potência útil de 45 kW. Esta solução apenas permitiu atingir uma classe energética B-, não regulamentar, e resultou em emissões equivalentes de CO2 de 86 618 kg/ano. Substituindo a caldeira a gás natural por uma bomba de calor aerotérmica, obteve-se uma redução de 2 782 kg/ano nas emissões, mantendo-se, no entanto, a classe energética não regulamentar B-. Introduzindo-se ainda um sistema solar fotovoltaico, tendo em conta o perfil de potência elétrica do edifício, conseguiu atingir-se uma classe energética B, já regulamentar, e uma redução das emissões para 73 650 kg/ano de CO2, apresentando esta solução um período de retorno simples de 8,92 anos. Por fim, avaliou-se também uma solução capaz de atingir a classe energética A, tendo-se convergido numa solução com um sistema solar fotovoltaico de maior dimensão, apresentando uma redução das emissões para 49 039 kg/ano e um período de retorno simples de 8,98 anos.

Currently, there is significant pressure to seek sustainable and efficient solutions for the use of energy resources in buildings, given their substantial representation in energy consumption and greenhouse gas emissions. The preparation of hot water accounts for a significant portion of a building's energy consumption. This study aims to evaluate solutions for sanitary hot water generation in an elderly care home in order to optimize the contribution of renewable energies such as solar thermal and photovoltaic, taking into account the financial, environmental, and energy efficiency impacts of the identified solutions. To achieve this, the first step involved characterizing the building by identifying the climatic zone in which it is located and analysing its envelope and technical systems, including ventilation and fixed lighting. This approach enabled the dynamic multi-zone simulation of the building, resulting in the determination of thermal loads and climatization needs for the entire building. The analysis revealed a total heating power requirement of 83 kW and a cooling requirement of 192 kW, with heating needs of 29 MWh/year and cooling needs of 237 MWh/year. Followed the definition of the sanitary hot water generation solution, starting with the identification of the building's hot water consumption profile. This information allowed for the sizing of a solar thermal system supported by a natural gas boiler. The resulting system comprised 45 panels with a collection area of 113 m2, a 3,500 L storage tank, and a natural gas boiler with a power output of 45 kW. This solution achieved an energy class of B-, which is non-compliant with regulations, and resulted in equivalent CO2 emissions of 86,618 kg/year. Replacing the natural gas boiler with an heat pump led to a reduction of 2,782 kg/year in emissions while maintaining the non-compliant B- energy class. Additionally, the introduction of a photovoltaic solar system, considering the building's electrical power profile, allowed the attainment of a compliant B energy class and a reduction in emissions to 73,650 kg/year of CO2. This solution had a payback time of 8.92 years. Finally, an evaluation was conducted for a solution capable of achieving an A energy class. This led to a solution with a larger photovoltaic solar system, resulting in emissions reduction to 49,039 kg/year and a payback time of 8.98 years.