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Verónica Marisa Martins Fernandes Avaliação de ciclo de vida de

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1. Figura 74 Preenchimento do separador Sistemas Solares T rmicos O pr ximo separador corresponde a an lise ambiental e energ tica Figura 75 onde apenas foi necess rio pressionar o bot o Calcular Edif cio Sistema Solares t rmicos An lise Ambiental e Energ tica An lise Econ mica Relat rio Final m Impactes do ciclo de vida do sistema Solar t rmico Sistema Solar Sistema Auxiliar ADP 10 40966 0 67919 6 60852 17 69737 1411 72000 92 97467 798 66000 2303 35467 0 00014 0 00001 0 00011 0 00026 9 60336 0 57095 0 67860 10 85291 0 66700 0 03860 0 08937 0 79497 6 50190 0 37903 0 12946 7 01039 22387 20000 2526 18728 13572 00000 38485 38728 2765 56000 347 36946 40 8204000 3153 74986 ndices de Sustentabilidade Tempo de Retorno Ambiental C02 Tempo de Retorno Energ tico 0 73 Anos 0 80 m Impactes Ambientais do Sistema solar T rmico num Edificio Habitacional ADP 53 09211 6910 06401 0 00078 21 03117 115456 16184 9461 24958 Figura 75 Preenchimento do separador An lise Ambiental e Energ tica 109 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios No quarto separador Figura 76 optou se por recorrer s sugest es do programa s premindo o bot o z O que correspondeu a uma taxa de desconto de 3 e uma taxa de infla o da energia de 2 Considerou se 20 anos para o tempo de vida til d
2. 3 605 00 3 675 00 3 668 00 3 623 00 3 638 00 3 668 00 3 818 00 4 913 00 2 420 00 2 200 00 2 140 00 3 805 00 3 465 00 3 140 00 4 525 00 3 965 00 5 435 00 4 690 00 4 419 00 Pre o 2 401 27 2 545 18 3 400 95 4 132 19 4 544 24 6 687 51 8 448 87 10 916 25 13 372 56 3 013 50 3 936 00 4 797 00 6 150 00 2 718 30 5 651 85 3 062 70 4 987 65 4 218 90 4 335 75 4 249 65 4 434 15 4 520 25 4 511 64 4 456 29 4 474 14 4 511 64 4 696 14 6 042 99 2 976 60 2 706 00 2 632 20 4 680 15 4 261 95 3 862 20 5 565 75 4 876 95 6 685 05 5 768 70 5 435 37 144 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Custos de Manuten o Castiajo 2012 Plano Anual de Custos Cen rio 1 anos 14 2 a 4 5 6 7 a o 2 Bw we os as 7 ow a jo 67 00 120 00 77 00 120 00 155 00 130 00 61 75 127 00 71 75 215 00 61 75 137 00 61 75 127 00 172 00 127 00 61 75 137 00 61 75 215 00 Plano Anual de Custos Cen rio 2 Anos 1 2 3 4 5 o 7 a a uw 2 Bw w fos ais om we aa 67 00 120 00 77 00 120 00 155 00 130 00 25 00 115 00 35 00 203 00 25
3. Em suma este estudo corresponde a uma das partes de uma an lise mais ampla denominada de avalia o da sustentabilidade dos edif cios Desta forma o programa desenvolvido para al m de contribuir para esta an lise tamb m constitui uma ferramenta pr tica dirigida aos projetistas de forma a auxili los nas suas tomadas de decis o 116 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios 9 2 Trabalhos Futuros As implica es que surgem com a aplica o do programa desenvolvido levam necessidade de melhorar e remodelar alguns aspetos que tornariam a ferramenta ainda mais cativante Neste mbito surge o desenvolvimento de futuros estudos atrav s da continua o deste trabalho de forma a tornar o programa mais completo e a enriquecer o seu conte do Com a finaliza o da disserta o concluiu se que os trabalhos futuros poderiam ser direcionados para as seguintes vertentes e O enriquecimento e atualiza o da base de dados dos custos tornariam o programa ainda mais atrativo e A cria o de uma base de dados de impactes ambientais focada essencialmente nos sistemas solares t rmicos utilizados em Portugal ou em fun o da marca do sistema utilizado para posteriormente ser integrado no programa desenvolvido e O programa desenvolvido encontra se direcionado apenas para a prepara o de AQS neste contexto prop e se o desenvolvimento da climatiza o e Os sistemas solares t rmic
4. Menor comprimento de tubagens 3 4 Sistemas Solares T rmicos Um fator importante para a escolha do sistema solar t rmico consiste no tipo de aquecimento pretendido Nos edif cios de habita o os sistemas solares t rmicos podem servir para aquecimento das guas sanit rias havendo casos de serem utilizados para aquecimento ambiente Segundo Roriz et al 2010 E importante ter sempre presente 3 er A E Du di que nao existe o sistema ideal mas sim diferentes sistemas que se adaptam de forma distinta a diferentes situa es Os sistemas solares t rmicos podem ser classificados em fun o da sua finalidade do movimento do fluido e dos circuitos existentes O Figura 21 apresenta as diversas ramifica es dessas classifica es 28 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Activo Movimentacao do fluido Passivo Directo Sistema Solar t rmico CUO eaten Indirecto AQS Finalidade AQS climatiza o etc Figura 21 Classifica o dos sistemas solares t rmicos Ap s esta pequena an lise e de forma a serem abordadas as diversas classifica es propostas ser o de seguida expostos alguns sistemas utilizados para o aquecimento das guas quentes sanit rias AQS com o intuito de perceber o seu funcionamento e utilidade 3 4 1 Sistema de circula o natural Sistema de termossif o A Figura 22 ilustra um sistema passivo sistema termossif o constit
5. Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios certifica o aprovadas entre 2000 e 2001 Na Figura 38 apresenta se a estrutura das normas para a certifica o dos produtos dividida em duas vertentes A primeira parte corresponde aos requisitos que o produto deve cumprir para ser certificado e a segunda parte descreve os ensaios a realizar para a verifica o desses requisitos Carvalho 2011 Normas de Requisitos Coletores Solares T rmicos EN 12975 1 2006 Sistemas Solares T rmicos Pr fabricados EN 12976 1 2006 Normas para a verifica o de Requisitos Coletores Solares T rmicos EN 12975 2 2006 Sistemas Solares T rmicos Pr fabricados EN 12976 2 2006 Figura 38 Estrutura o Normativa para certifica o de coletores e sistemas solares t rmicos Carvalho 2011 Apresenta se no Anexo I uma s ntese do conte do presente nas vers es atuais das normas NP EN 12975 1 2006 NP EN 12975 2 2006 NP EN 12976 1 2006 e NP EN 12976 2 2006 Com a aprova o das normas Europeias iniciou se um processo de defini o de esquemas de certifica o dos coletores e sistemas solares t rmicos pr fabricados Por iniciativa da Federa o Europeia da Ind stria Solar T rmica ESTIF e pelo CEN Comit Europeu de Normaliza o em coopera o com os principais laborat rios de diferentes pa ses Europeus entre os quais o laborat rio do INETI foi apresentado um projeto ao
6. Sistema Solar T rmico 3 1 No es de Radia o e Geometria Solar 3 1 1 Movimento Terra Sol O planeta Terra caracterizado pelo seu movimento de rota o e de transla o em torno do Sol A Terra descreve uma orbita el ptica em torno do sol a qual se denomina de plano el ptico Figura 9 O eixo sobre o qual a Terra gira sobre si pr pria denomina se de eixo polar e encontra se inclinado em rela o ao plano da rbita em cerca de 23 45 Esta declina o solar respons vel pelas esta es do ano Nos equin cios de primavera 21 de Mar o e de Outono 21 de Setembro os dias s o iguais s noites porque a declina o solar nula No solst cio do ver o 21 de Junho a declina o solar de 23 45 e o per odo diurno maior que o per odo noturno Por outro lado no solst cio do Inverno 21 de Dezembro a declina o solar de 23 45 e o per odo diurno menor que o noturno Solst cio 21 22 de junho D Solsticio 21 22 de Dezembro Equinocio 21 22 de Setembro Figura 9 Plano Eliptico Falcao 2007 3 1 2 Fundamentos de geometria solar A intensidade de radia o solar no espa o por unidade de tempo e por unidade de rea apresenta um fluxo de energia de aproximadamente 1400W m variando ao longo do ano pelo facto de a Terra girar em torno do sol numa trajet ria el ptica 17 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios A intensidade de radia o
7. maior Incerteza nos estudos de an lise ambiental e energ tica ao longo do ciclo de vida dos edif cios deve se aos cont nuos progressos tecnol gicos A cada ano realizam se novas descobertas e aperfei oam se t cnicas que melhoram a efici ncia e a vida til dos sistemas resultando em novos materiais inputs e na diminui o do uso de energia Sornes 2011 61 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios A an lise de ciclo de vida dos edificios segue a variante cradle to grave Segundo alguns autores Dahlstrom e Sornes 2012 esta an lise deve ser repartida nas seguintes fases e Extra o e produ o dos materiais e Constru o do edif cio e Opera o do edif cio e Fim de vida do edif cio A Figura 43 apresenta o ciclo de vida de um edif cio come ando pela fase de extra o da mat ria prima transporte produ o e transporte dos materiais para o local de constru o Posteriormente segue se a fase de opera o do edif cio que inclui a quantifica o dos materiais e outros inputs Segundo Dahlstrom et al 2012 deve se quantificar nesta fase a manuten o do acabamento das superf cies a energia para aquecimento ambiente o fornecimento de gua e a opera o de ventiladores e Ilumina o Por fim ap s decorrido o tempo de servi o o edif cio demolido e os materiais passam por processos de tratamento de res duos Dahlstrom Sornes Eriksen
8. 0 24 Contudo a TIR n o deve ser usada como par metro em uma an lise de investimento porque muitas vezes os fluxos n o s o reinvestidos a uma taxa iguais TIR efetiva Eder Meneses Fiterman amp Tinoco 2004 Para solucionar este problema da TIR surge o m todo da taxa interna de retorno modificada TIRM em ingl s Adjusted internal rate of return AIRR mais adequada para compara o de projetos Eder Meneses Fiterman amp Tinoco 2004 Segundo os crit rios da FEMP a TIRM pode ser calculada utilizando um m todo de c lculo simples que se relaciona com a taxa de investimento de retorno m nima aceit vel e que normalmente igual taxa de desconto utilizada na an lise LCC Assim sendo a TIRM pode ser calculada pela express o 25 TIRM 1 r x SIR a i 25 Onde r taxa de investimento de retorno minima igual a taxa de desconto real m numero de anos do periodo de estudo SIR Racio entre poupanga e investimento A alternativa de projeto considerada economicamente aceit vel quando o TIRM for maior que a taxa m nima aceit vel 6 4 4 Per odo de Retorno PR Segundo os autores Duffie e Beckman 2006 o tempo de retorno ou o seu termo em ingl s Payback Period pode ser definido como o tempo necess rio para a energia 84 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios acumulada poupada com o sistema solar t rmico igualar o total do investimento feito nesse
9. Com esta realidade surge a Diretiva 2002 91 CE e da sua reformula o a Diretiva 2010 31 EU com o objetivo dos Estados membros disporem medidas capazes de melhorar a efici ncia energ tica e o conforto t rmico dos edif cios Com a publica o em 20 de Agosto de 2013 do Decreto Lei 118 2013 foi assegurada a transposi o da Diretiva 2010 31 EU assim como a revis o da legisla o nacional nomeadamente dos Decretos Lei n meros 78 2009 79 2009 e 80 2009 relacionados com o desempenho energ tico dos edif cios Nesta nova diretiva surge a Import ncia da promo o dos edif cios com balan o energ tico nulo estabelecendo metas at 2020 de que todos os novos edif cios apresentem um desempenho energ tico eficiente de tal modo que as poucas necessidades energ ticas do edif cio sejam satisfeitas por energias renov veis Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios 2 3 Energias Renov veis As primeiras sociedades j usufruiam de fontes de energia renov veis para sobreviver como por exemplo a energia solar a biomassa a gua e o vento Contudo em meados do seculo XVIII iniciou se em Inglaterra a Revolu o Industrial surgindo o primeiro combust vel f ssil o carv o Esta descoberta proporcionou uma evolu o do n vel industrial que levou maior procura e explora o de combust veis f sseis caminhando para o esquecimento das energias limpas Posteriormente ao carv o surge o petr leo e m
10. Custo global relativo ao ano inicial t 0 no per odo de c lculo Ciny Custos de investimento inicial para a medida ou conjunto de medidas J Cai J Custo anual no ano i para a medida ou conjunto de medidas j Ver Valor residual da medida ou conjunto de medidas j no final do per odo de c lculo em rela o ao ano inicial t 0 Rali Fator de desconto para o ano i com base na taxa de desconto r a calcular do seguinte modo Rap 13 1 7r 100 Sendo p o numero de anos a partir do periodo inicial e r a taxa de desconto real Estas duas equa es utilizadas para a contabiliza o dos custos globais apesar de apresentarem siglas diferentes utilizam a mesma metodologia de c lculo 6 2 Taxa de desconto real As taxas de desconto s o geralmente baseadas nas taxas de juro do mercado ou seja nas taxas de juro nominais Estas geralmente servem de base para a sele o de taxas de desconto nominais utilizadas para descontar os custos futuros expressos em valores correntes Contudo a taxa de desconto real necess ria para o c lculo do valor monet rio a valor constante n o reflete a taxa de infla o A taxa de desconto real pode ser obtida a partir da taxa de juro nominal D se a taxa de infla o for conhecida Sendo um conceito semelhante ao juro tamb m o desconto depende do tempo A taxa de desconto 19 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios real r pode ser assim cal
11. Dos resultados extra dos do programa desenvolvido apurou se que os sistemas auxiliados a energia el trica apresentam um maior impacte ambiental do que os sistemas auxiliados a g s No estudo da viabilidade econ mica das solu es apresentadas constatou se que para uma resid ncia unifamiliar o sistema termossif o tem maior viabilidade econ mica apesar de ser menos eficiente Tal ocorr ncia deve se ao menor custo de investimento associado a este sistema apesar de nem sempre o menor custo de Investimento estar relacionado com o sistema solar mais adequado para o edif cio em estudo A t tulo de exemplo destaca se a solu o 4 que apesar de ter um menor custo de investimento que a solu o 3 n o proporcionou um menor tempo de retorno econ mico mas sim o contr rio Esta situa o deve se ao facto de o sistema solar da solu o 4 ser menos eficiente do que o da solu o 3 Um outro elemento que afeta a viabilidade econ mica de uma solu o corresponde ao tipo de energia utilizada nos sistemas auxiliares em fun o do seu custo por KWh ou seja quanto mais alto for o custo da energia convencional a ser substitu da mais baixo ser o tempo de retorno O mesmo acontece para o tempo de retorno do CO e o tempo de retorno energ tico Neste 115 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios caso quanto maior for o impacte da energia convencional a ser substitu da mais baixo ser o tempo de retorno
12. Ver Gr ficos Figura 66 Esta janela apesar de ser um acr scimo de informa o bastante vantajosa pois proporcionando uma visualiza o din mica dos resultados de uma forma bastante simples Figura 67 e Figura 68 Caso o utilizador pretenda imprimir o relat rio final este apenas ter que pressionar o bot o Imprimir Relat rio Figura 66 Aconselha se o utilizador a intitular o relat rio no canto superior esquerdo da aba Relat rio Final Figura 66 Um exemplo desse relat rio final pode ser consultado no Anexo VI 97 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Edificio Sistema Solares t rmicos An lise Ambiental e Energ tica An lise Econ mica Relat rio Final Relat rio Final da Avalia o de cido de vida do Sistema Solar T rmico Relat rio Demo ndices de Sustentabilidade Localiza o do edif cio Penafiel Tempo de Retorno Energ tico Tipo de Resid ncia Unifamiliar 2 34 anos Tipo de sistema solar t rmico Sistema termossif o Tempo de Retorno Ambiental dd anos rea total de capta o solar Esolar 2200 KWh ano Tempo de Retorno Econ mico 7 65 anos Necessidades energ ticas AQS Impactes ambientais do sistema solar selecionado na integra o de um edificio com 60 anos Figura 66 Separador Relat rio Final Tempo de Retorno Econ mico poupan a acumulada de Energia investimento Inicial Valor Monet rio T
13. acao 45 g T Avali Ver nica Marisa Martins Femandes UMinho 2014 Universidade do Minho Escola de Engenharia Veronica Marisa Martins Fernandes Avaliacao de ciclo de vida de sistemas solares termicos em edificios Julho de 2014 N S cis A N Universidade do Minho Escola de Engenharia Veronica Marisa Martins Fernandes Avaliacao de ciclo de vida de sistemas solares termicos em edificios Disserta o de Mestrado Ciclo de Estudos Integrados Conducentes ao Grau de Mestre em Engenharia Civil Trabalho efetuado sob a orienta o do Professor Doutor Ricardo Mateus e coorienta o do Professor Doutor Lu s Bragan a Julho de 2014 AGRADECIMENTOS Ao meu orientador Professor Ricardo Mateus por sempre me apoiar e orientar ao longo deste periodo Os seus ensinamentos conselhos e experi ncias foram fundamentais para a realiza o deste trabalho Sem ele muitos obst culos n o teriam sido ultrapassados Ao Professor Lu s Bragan a por se mostrar dispon vel nos momentos oportunos Aos meus pais e minha irm que sempre me apoiaram incondicionalmente sem nunca duvidarem das minhas capacidades O seu carinho e aten o foram fulcrais para o empenho e dedica o contemplados neste trabalho Aos meus amigos sempre dispostos a ajudar agrade o a paci ncia e a compreens o que demonstraram nos momentos mais dif ceis Fica ainda o meu agradecimento a todos os amigos e colegas da Un
14. amp Hertwich 2012 Extra o de mat ria prima e transporte Sistema Solar Outros sistemas T rmico Montagem e Montagem e transporte transporte Produ o dos Transporte materiais Edificio Edificio Constru o manuten o e Fase de Opera o Energia fim de vida Desperdicio sak Transporte E triagem ou Fornecimento Fornecimento incenera o de energia de gua Figura 43 Ciclo de vida de um edif cio Dahlstrom Sornes Eriksen amp Hertwich 2012 Apresenta se de seguida as fases j supramencionadas que caracterizam o ciclo de vida de um edif cio 62 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios 5 2 1 Fase de produ o dos materiais Nesta fase ser feita uma an lise cradle to gate onde se inclui os processos para a fabrica o dos materiais utilizados nos elementos de constru o Assim sendo contabiliza se todos os processos desde a extra o da mat ria prima transporte produ o e transporte para o local de constru o Dahlstrom Sornes Eriksen amp Hertwich 2012 Exemplos de materiais de constru o tijolo tubos pain is de isolamento 5 2 2 Fase de constru o do edif cio A fase de constru o inclui todos os processos realizados na propriedade intocada at a conclus o da constru o do edif cio Dahlstrom 2011 O limite desta fase abrange o transporte dos materiais e equipamentos de constru o m qui
15. n coletores 1 OanUMWWN FP 10 1 2 5 m2 2 2m2 2 2 5m2 4 2m2 Pre o s IVA 500 00 780 00 625 00 550 00 625 00 495 00 560 00 660 00 780 00 Dep sito L 150 200 300 150 150 150 200 200 200 200 300 300 300 300 150 200 300 200 Dep sito L 150 200 300 400 500 750 1000 1500 2000 200 300 400 500 Pre o 615 00 959 40 768 75 676 50 768 75 608 85 688 80 811 80 959 40 Pre o s IVA 1 617 00 1 667 00 2 442 00 1 375 00 1 540 00 1 440 00 1 530 00 1 710 00 1 600 00 1 690 00 2 230 00 2 590 00 2 370 00 2 570 00 1 440 00 1 600 00 2 370 00 1 690 00 n2 pessoas 1at 3 2 at 4 4at 6 5at 8 7 at 10 10 at 14 15 at 20 21 at 30 31 at 40 Preco 1 988 91 2 050 41 3 003 66 1 691 25 1 894 20 1 771 20 1 881 90 2 103 30 1 968 00 2 078 70 2 742 90 3 185 70 2 915 10 3 161 10 1 771 20 1 968 00 2 915 10 2 078 70 Pre o s IVA 1 952 25 2 069 25 2 765 00 3 359 50 3 694 50 5 437 00 6 869 00 8 875 00 10 872 00 2 450 00 3 200 00 3 900 00 5 000 00 2 210 00 4 595 00 2 490 00 4 055 00 3 430 00 3 525 00 3 455 00
16. A carta solar al m de variar em fun o da data e da hora tamb m varia com a latitude do lugar Figura 13 Carta Solar para a latitude da cidade do Porto Portugal Falc o 2007 A carta solar uma ferramenta muito til para conhecer as sombras projetadas pelos obst culos a qualquer hora do dia A coloca o de pain is solares nem sempre se encontra isenta de sombra assim sendo conveniente conhecer as sombras causadas por elementos presentes nas imedia es dos coletores A determina o da sombra projetada sobre os pain is solares devido a obst culos pr ximos efetua se observando ao redor desde o ponto m dio da aresta inferior do coletor tomando como refer ncia a linha Norte Sul Lebefia amp Costa 2007 Este crit rio tamb m aplic vel separa o entre linhas de coletores Figura 14 para que a sombra da aresta superior do coletor da frente se projete no m ximo at aresta Inferior do coletor de tr s 20 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios RAIDS SOLARES ae Figura 14 Sombreamento em coletores solares Lebefia amp Costa 2007 A distancia minima entre o obstaculo e o coletor deve de ser calculada para as 12 00h do dia mais desfavoravel do ano 21 de Dezembro no hemisf rio Norte sendo a altura do sol para esse dia as 12 00h calculada pela express o 1 Lebefia amp Costa 2007 ho 90 Latitude do lugar 23 5 1 Na Fig
17. Do estudo de otimiza o realizado constatou se uma maior compensa o por parte da energia solar Esolar nos meses de Janeiro e Dezembro uma varia o relevante pois estes s o os meses de maior d fice solar Esta varia o refletiu se mais no tempo de retorno dos sistemas de termossif o do que nos sistemas de circula o for ada Na vertente econ mica esta varia o ronda os 3 meses ao passo que na vertente ambiental menos de 1 m s Em forma de s ntese o per odo de retorno da vertente ambiental energ tica e econ mica deve ser sempre menor que o tempo de vida til do sistema sendo sempre mais atrativo para o utilizador o sistema com o menor tempo de retorno visto a Instala o de sistemas solares t rmicos ser de cariz obrigat rio Em termos de resposta aos objetivos delineados na primeira parte do trabalho assume se que estes foram cumpridos com a concretiza o do programa de avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos O programa integra a metodologia elaborada neste trabalho dando resposta problem tica definida no in cio do trabalho O processo de c lculo difundido no programa proporciona utens lios imprescind veis para uma an lise custo benef cio econ mica e ambiental de sistemas solares t rmicos Mais se destaca o facto de o programa apresentar os resultados detalhados de uma an lise LCA e LCC de sistemas solares assim como a sua contribui o para o ciclo de vida dos edif cios
18. Fevereiro 69 93 156 234 79 Mar o 104 123 a 199 260 60 Abril 145 159 p 228 251 24 Maio 176 179 4 234 260 26 Junho 189 186 1 241 251 10 Julho 209 209 23 254 260 6 Agosto 188 200 14 256 260 4 Setembro 130 150 1 233 251 18 Outubro 96 125 E 216 260 44 Novembro 61 90 E 158 251 94 Dezembro 48 73 126 260 134 Anual 1465 1664 43 3056 621 Frac o solar 79 7 Rendimento global anual do sistema 30 Produtividade 502 kWh m2 colector Optimiza o sob crit rios energ ticos constrangimentos Optimizar C aumentar a frac o solar reduzir o desped cio de energia solar e manter a rea de colectores Es E g C manter o volume armazenado 4 85 m c me reduzir o fornecimento de energia de apoio Inclina o 24 optimizar a orienta o dos colectores Azimute Sul Armazenamento de 300 Figura 72 SolTerm 5 3 1 desempenho do sistema solar Com os resultados obtidos do programa SolTerm gerou se o Gr fico 3 que apresenta a fra o solar e a energia fornecida pelo sistema ao longo dos meses do ano De uma forma geral constata se que a fra o solar maior nos meses em que o Esolar tamb m o ou seja nesses meses a energia fornecida pelo sistema solar aproxima se da energia til despendida para prepara o de AQS carga tal como apresentado no Gr fico 4 3 a PE a Percentagem de energia fornecida pelo sistema solar face total necess ria para a prepara o de AQS 105 Ava
19. cio com sistema solar t rmico para AQS Sornes 2011 65 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Tomando como refer ncia a tematica em estudo pode se concluir que os beneficios resultantes da integra o de sistemas solares t rmicos podem ser alcan ados com uma avalia o aplicada apenas aos sistemas solares t rmicos Em suma bastar apenas detalhar os passos de uma an lise LCA para sistemas solares t rmicos tal como os autores Hang et al e Hazami et al 2012 que realizaram uma an lise ambiental e econ mica para diversos sistemas integrados em habita es nos Estados Unidos da Am rica e na Tun sia respetivamente Atrav s desses estudos foi poss vel obter o gr fico apresentado na Figura 44 Custos impactes E dificio com Sistema solar t rmico F dificio sem sistema solar t rmico Tempo Tempo de Retorno Figura 44 Cen rios representativos da fase de opera o do edif cio Na Figura 44 encontra se representada a evolu o de custos ou impactes ao longo do tempo de servi o de um edifico com sistema solar t rmico para prepara o de AQS e outro com sistema convencional para prepara o de AQS O tempo de retorno ambiental energ tico e econ mico encontra se representado neste gr fico e corresponde ao intervalo de tempo que vai desde o instante t O at interse o das retas correspondentes a edif cio com sistemas solar t rmico e edif cio sem
20. rie Nesta liga o a perda de carga total igual perda de carga de cada painel mais a perda de carga nos tubos de liga o Roriz Rosendo Loren o amp Calhau 2010 O Quadro 3 apresenta as vantagens e desvantagens deste sistema 26 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios LLL Figura 19 Liga o em s rie AQSpP 2014 Quadro 3 Vantagens e desvantagens da liga o em s rie Liga o em S rie Adapta o a qualquer coletor e Baixo rendimento Instala o Simples Custos elevados com a energia de Baixo custo de instala o e apoio opera o Liga o com n mero limitado de Menor comprimento de tubagens coletores 3 3 3 Liga o em paralelo de canais A liga o em paralelo de canais Figura 20 assemelha se liga o em paralelo contudo neste caso existe uma menor perda de carga e um rendimento mais elevado Roriz Rosendo Loren o amp Calhau 2010 As vantagens e desvantagens deste sistema encontram se resumidas no Quadro 4 Figura 20 Liga o em paralelo de canais AQSpP 2014 27 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Quadro 4 Vantagens e desvantagens da liga o em paralelo de canais Liga o em Paralelo de canais Perda de carga reduzida e Nao adapt vel a todos os pain is Bom rendimento t rmico e Liga o com n mero limitado de Instala o Simples coletores m ximo de 4 pain is
21. sistemas solares f rMICOS s 55535255 85u58 65b aos 87 dd FEpguadr amento sedes ra DO DOOR OR S 87 7 2 Manual de utiliza o do programa ccccccccsseccccseeccecseeccenseeeceeeaueecessaeseesaaess 87 Capitulo 8 Caso de Estudo c ccccccscesseeccecnsseeccccenasenccccccassnssccscasenscccscassasecessassasecetaas 101 8 1 Descri o do caso de estudo ccccccccccccsseeeececseeeeeeeeeeaaeeeeceesseaeeeeeensaaeeeeeeeeaaaees 101 52 SIMULA O ene eee ne rene er a ee 103 8 3 Estudo de Otimiza o cee cccccceeeecceceeeeeeeeeeeaaeeeeeeeesaaeeeeeeensaaeeeeeeaaaeeeeeeenaaanes 112 PARTE IV Conclus es e Trabalhos Futuros Capitulo 9 Considera es FINAIS E Rat CEDRO CREA 115 DI COME IAS OOS n ia 115 92 Trabalhos Futuros at e it aA E aaa aman Rua 117 Referencias Bib iQ erate as ii ss pensa SUL Sql a ala 119 ANEXOS ANEXO Teraina chastise ahead Liotta ate A GOO O GO O O O OL O UE 127 ANE NOTE rss aresta ara dd 129 ANE NC 2 Uf teen mer nar E E DE O CR COP E CRS eee RCE 133 ANEX OIV e UR NRO ON OO RS ce ato ee gear a ea nace ae oa boni ee 139 ANEXO aA ener ron nr a re mC RNa Oo ee 143 ANEXO V Dit cute luto fato Luto fado ft Cao Data Lad duda Ca a Dat Lad fd o O EEE AEri 149 XI xii NOMENCLATURA APA Agencia Portuguesa do Ambiente APREN Associa o de Energias Renov veis AQS gua Quente Sanit ria CEN Comit Europeu de Normaliza o COP Coefficient of Perfor
22. sitos em Lisboa e o Centro de Controlo Operativo da BRISA em Carcavelos como dois casos de sucesso da integra o de sistemas solares t rmicos em edif cios O edif cio da sede da CGD Figura 32 encontra se em funcionamento desde 2008 a maior central solar t rmica instalada em Portugal e a maior da Europa com chiller de absor o CGD 2010 No total o edif cio tem 158 coletores solares t rmicos instalados na cobertura perfazendo uma rea total de 1600 m Apesar do telhado privilegiar de orienta o a sul a CGD optou pela n o implanta o de coletores neste quadrante devido aos impactes visuais que da provinham Em termos energ ticos a central solar t rmica do edif cio produz energia para aquecimento e arrefecimento de gua necess ria ao sistema centralizado de climatiza o e s instala es sanit rias A poupan a de energia el trica obtida traduz se em aproximadamente 5 do consumo de eletricidade do edif cio O investimento neste projeto foi de cerca de 1 milh o de euros que prev retorno entre nove a dez anos Figura 32 Sede da Caixa Geral de Dep sitos em Lisboa CGD 2010 O edif cio do Centro de Controlo Operativo da BRISA Figura 33 integra na sua arquitetura uma grande rea de coletores solares t rmicos distribu da pelas fachadas do 38 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios edif cio A cobertura composta por 144 coletores solares t rmicos
23. ticas e m todos em prol da redu o de poluentes causadores do aquecimento global Esta resposta pol tica traduziu se na implementa o de medidas que minimizam os impactes resultantes da interven o humana e que preparam a sociedade para lidar com os impactes que j afetam o planeta O Pacote Energia clima da Uni o Europeia estabeleceu para Portugal uma redu o at 2020 de pelo menos 20 das emiss es de gases com efeito de estufa em rela o a 1990 Neste contexto Portugal prop s se a reduzir a depend ncia de combust veis f sseis e a privilegiar o uso de fontes de energias renov veis Neste mbito torna se necess rio divulgar os benef cios quer a n vel ambiental quer a n vel socioecon mico resultantes da integra o de sistemas solares t rmicos em edif cios A sele o destes sistemas deve ser feita de forma a otimizar a sua efici ncia reduzindo os custos com a energia e minimizando os impactes ambientais Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios 1 2 Objetivos do Trabalho O parque edificado um dos principais consumidores de energia Alves 2011 Neste contexto a utiliza o de energia solar em edif cios tornou se um tema relevante para a sociedade passando a ser vista como uma fonte alternativa s energias convencionais Contudo n o uma vis o unissona pois a energia solar a menos utilizada no sector dom stico em Portugal Neste mbito surge como objet
24. 00 125 00 25 00 115 00 160 00 115 00 25 00 125 00 25 00 203 00 145 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Custos de investimento ponderados pelo programa Quadro Resumo de PVP de Produtos por Marcas certifica o Solar Keymark Aosol Aquaterm Ariston Asset Astersa BaxiRoca Beretta Calpak Chromagen Donauer Ensus ENY Fagor Falke Filbia FogaoSol Haice Helional Hewalex Immosolar Jacques Giordano Junkers KBB Maltezos Martifer Ener Q Nau NES Norquente Openplus Rigsun Sammler Sanitech 146 Portuguesa Turca Espanhola Austria Italiana Grega Israelita Alema Portuguesa Israelita Turca Chinesa Portuguesa Grega Grega Sui a Francesa Portuguesa Alem Grega Portuguesa Alem B lgara Portuguesa Portuguesa Grega Grega Turca 1 99 2 35 2 01 1 92 2 46 2 15 2 16 2 06 2 15 1 69 2 3 1 78 1 82 1 97 2 23 2 3 1 18 2 06 1 9 1 91 2 02 2 3 2 26 2 16 1 e here Ner RPP RP RP berere PN FP PR PPP PN PB 193 L 191 L 200 L 200 L 200 L 200 L 190 L 200 L 200 L 200 L 195 L 198 L 185 L 187L 195 L 200 L 199 L 220 L 200 L 200 L 200 L 200 L 192 L 200 L 2100 1928 1777 1544 1860 2614 1834 1940 1970 1862 1967 1955 1200 1963 1960 1970 2023 1900 1550 1968 1946 1968 1835 1845 1912 1760 1 99 2 35 1 77 1 92 1 8 1 98 1 87 2 16 2 06 1
25. 3 2 5 Coletores Parab licos Compostos CPC erre 3 3 Modo de liga o entre coletores solares ccc erre 3 3 1 Lisa o em Paralelo raa EEEE Sa ER 3 3 2 DAGACAO CM Serenan e R 3 3 3 Liga o em paralelo de canais ccccccceseeececcceeeeeeceeeaeeeeeceenauueeeeeeeaaaeeeeees 34 Sistemas Solares Termicos ss AAA AAA N 3 4 1 Sistema de circula o natural Sistema de termossif o ccccceeeeeeees 3 4 2 Sistemas de circula o for ada c sr eeeerrrree a errrreeeaananas 3 5 Acess rios e Dep sitos de acumula o cccccccccccceceeeeeeaaaaeseesseeeeeeeeeeeeeeeees 3 5 1 Dep sitos de acumula o ssasiga iate OR 3 5 2 SIStemas AUXINARES sa eee nae ane ana an a a 3 5 3 Ewido PORCO rr i ee ec Re re ey 3 5 4 Bomba de Circula o said datada ad addid adiadas 3 5 5 NW UNV ANAS TEATA EEA EEA 35 3 5 6 V aso de EXPANS O asian sao vi sees ea E E EEan 35 3 6 Integra o de sistemas solares t rmicos em edif cios cccccceeeeeseeeeeeeeeeees 37 3 7 Certifica o de coletores e sistemas solares t rmicos cccccceeeeeeesssseeeeeeeeees 42 Capitulo 4 No es de Avalia o de ciclo de vida LCA 47 4 1 Enquadramento ao m todo LCA cccccccccccccssssseececeeesssaeeeseeecceeessaaaasseeseesees 47 4 2 Aplica o LCA em edif cios e respetiva normalizacao cccccccsssseeeeeeeeeeees 49 4 3 Ana
26. N o apresenta falhas graves contamina o da gua pot vel Verifica o dos equipamentos de seguran a Verifica o dos componentes utilizados e sua fiabilidade por ex Coletor Verifica os requisitos relativos a documenta o e etiquetagem 128 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios ANEXO II Categoria de Impactes 129 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Categorias de impacte ambiental Em ordem a facilitar a compreens o por parte dos projetistas da import ncia das categorias de impacte ambiental apresenta se no quadro seguinte os mecanismos ambientais associados a cada categoria Categoria Caracteriza o dos impactes Esta categoria de impacte est relacionada com o conforto e bem estar do ser humano assim como a Potencial de diminui o das reservas de preserva o do ecossistema A categoria ADP tem recursos abi ticos ADP como objetivo avaliar o problema ambiental relacionado com a disponibilidade de recursos naturais Esta categoria est relacionada com a emiss o de Potencial de aquecimento global gases de efeito estufa na atmosfera e expressa GWP como Potencial de Aquecimento Global para um horizonte de tempo de 100 anos GWP100 Com a destrui o da camada de ozono estratosf rico a radia o UV V que atinge a Ra superf cie terrestre aumenta Esta situa o pode ter Potencial de destrui o d
27. Posteriormente um permutador de calor transmite o calor armazenado no fluido para a gua de consumo a ser utilizada no Edif cio Roriz Rosendo Loren o amp Calhau 2010 Uma an lise mais detalhada poder ser vista no Cap tulo 3 Segundo o Regulamento de Desempenho Energ tico dos Edif cios de Habita o REH correspondente ao antigo RCCTE os edif cios novos assim como grandes reabilita es que utilizem guas quentes sanit rias AQS devem instalar obrigatoriamente pain is solares para o aquecimento das mesmas Ou seja imp e se esta solu o quer seja econ mica ou n o No entanto esta medida traz vantagens a n vel nacional na concretiza o do programa Agua Quente Solar para Portugal que tem como objetivo aumentar a rea de coletores solares implantados em Portugal Infelizmente este programa encontra se em dificuldades para alcan ar a meta desejada Segundo a ADENE Ag ncia para a Energia Portugal um dos pa ses da Europa com maior insola o Figura 8 apresentando um elevado potencial quer para a produ o de calor como para a produ o de eletricidade Irradia o global kWh m2 2200 1800 1400 1000 600 Figura 8 Mapas da radia o solar na Europa IP AQSpP 2004 14 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Num estudo recente realizado pela European Solar Thermal Industry Federation ESTIF 2014 Portugal faz parte do grupo de paises com menos
28. Resist ncia Tipo de sistema auxiliar Bomba de calor D e ae mural el trica el trica el trica ee E Sistema Eletricidade Eletricidade Eletricidade Eletricidade 300 300 300 300 300 Conforme a tipologia do edif cio o consumo de guas quentes sanit rias ser dimensionado para quatro habitantes permanentes com um consumo di rio de 40 I hab dia a uma temperatura de 60 C Segundo o Regulamento de desempenho energ tico dos edif cios de habita o REH a energia til anual despendida para a 102 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios prepara o de AQS calculada recorrendo express o 28 Maos X 4187 x Ar x Qa Se a 3056 51 KWh ano 28 Em que Ar 452C Nq 365 dias 8 2 Simulacao Com base nos dados ja conhecidos pode se avan ar para a estimativa da energia m nima de refer ncia que o sistema solar t rmico dever ser capaz de produzir Tal como ja mencionado na metodologia proposta recorre se agora ao programa Solterm As simula es seguintes foram realizadas pela vers o 5 1 3 do SolTerm Para efeitos de resultados finais apresenta se a t tulo de exemplo o processo de c lculo para a solu o de refer ncia A primeira etapa do programa SolTerm consiste por definir a localiza o do edif cio Figura 70 prosseguindo se para a caracteriza o do sombreamento e de outros detalhes afetos localiza o dos coletores No presente caso de estudo manteve se a defin
29. cada emiss o tenha uma contribui o diferente na mesma categoria de impacte Mateus 2009 A t tulo de exemplo apresenta se na Tabela 3 os fatores de caracteriza o associados s diversas emiss es que contribuem para o Potencial de Aquecimento Global GWP segundo o m todo LCA BEES Lippiatt 2007 Tabela 3 Fatores de caracteriza o GWP Lippiatt 2007 Fator de caracteriza o GWP Emiss es CO equivalente Tetracloreto de carbono CCL 1800 Tetrafluorometano CF 5700 CFC 12 CCbLF 10600 Halon 1301 CF3Br 6900 HCFC 22 CHF gt Cl 1700 Metano CH3 Brometo de Metilo CH3Br 2 Cloreto de Metileno CH C1 HC 130 23 5 16 10 96 140 58 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Na Tabela 3 o GWP associado num nico ndice expresso em gramas de di xido de carbono por unidade funcional de um produto que mede a quantidade de di xido de carbono com o mesmo potencial de aquecimento global ao longo de um per odo de 100 anos Lippiatt 2007 A etapa da normaliza o permite a compara o entre os diversos indicadores atrav s da convers o dos valores dos impactes numa mesma unidade Neiva Mateus amp Bragan a 2012 O passo seguinte a agrega o facilita a determina o de indicadores globais atrav s da atribui o de pesos a cada categoria de impacte ambiental conforme a sua Import ncia relativa Mateus 2009 Atualmente ex
30. cio Anos 60 Tipologia do Edificio Tn n 3 N de ocupantes 4 Quadro VI 1 do RCCTE Fator de Efici ncia Hidrica 1 estrato n 15793 1 2013 Aumento da temperatura C 45 a o Unifamiliar Figura 73 Preenchimento do separador Edificio No segundo separador Figura 74 selecionou se o sistema de circula o for ada definiu se a marca e o tipo de coletor ou seja Vulcano e coletor plano a rea de um coletor e o numero de coletores e o Esolar retirado do programa SolTerm Posteriormente procedeu se ao preenchimento das caracter sticas dos componentes do sistema Neste caso optou se por uma bomba de calor com um COP de 4 3 valor extra do do cat logo da Vulcano Para a capacidade do dep sito de acumula o considerou se 300L tal como j considerado na simula o no SolTerm Por fim obtiveram se as necessidades de AQS 108 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Edificio Sistema Solares t rmicos An lise Ambiental e Energ tica An lise Econ mica Relat rio Final Circula o For ada Caracter sticas do coletor solar Caracter sticas dos componentes do sistema Marca do Coletor Vulcano Energia Sistema Auxiliar gomba de calor Tipo de Coletor Solar coletor plano khai liar Tid Area de abertura do coletor m2 Numero de coletores 2 Esolar KWh ano Capacidade do dep sito L COP Bomba de Calor
31. com uma rea de aproximadamente 400 m a fachada sul constitu da por 100 coletores solares com uma rea aproximada de 200 m e finalmente a fachada este e oeste constitu da por 48 2 PPE O edif cio caracteriza se coletores solares com uma rea aproximada de 96 m essencialmente por uma sala de opera es que armazena grandes massas de ar quente resultantes do calor libertado pelos equipamentos junto cobertura que pode provocar radia o causando o desconforto dos ocupantes levando a que as necessidades energ ticas de climatiza o do presente edif cio sejam essencialmente de arrefecimento Fonseca 2007 Nestas circunst ncias foi adotado um sistema de arrefecimento por ciclo de absor o com recurso a energia solar Fonseca 2007 Figura 33 Centro de Controlo Operativo da BRISA em Carcavelos Carrilho da Gra a 2004 Tradicionalmente as habita es unifamiliares optam pela instala o de sistemas do tipo monobloco isto sistemas de termossif o Esta solu o torna se vantajosa pela sua f cil instala o em terra os e telhados com orienta o a Sul e pela sua estrutura compacta IP AQSpP 2004 Contudo problemas de incompatibilidade est tica ou de instala o podem levar ado o de outro tipo de sistema como por exemplo os sistemas de circula o for ada Relativamente a edif cios multifamiliares a integra o de sistemas solares t rmicos pode ser feita com um destes quatro model
32. de AQS Portaria n 349 B 2013 2013 e Anexo III Esotar Contribui o de sistemas solares t rmicos para o aquecimento de AQS Despacho n 15793 E 2013 2013 Eren Contribui o de quaisquer outras formas de energias renov veis para a prepara o de AQS Despacho n 15793 H 2013 2013 Para o c lculo da contribui o dos sistemas solares t rmicos Esolar recorre se ao programa Solterm do Laborat rio Nacional de Energia e Geologia LNEG Despacho n 15793 E 2013 2013 Contudo segundo a Portaria n 349 B 2013 os sistemas solares t rmicos dos edif cios ficam sujeitos a padr es m nimos de efici ncia energ tica a saber a Orienta o a Sul e com inclina o de 35 b Apresenta o dos seguintes par metros geom tricos ticos e t rmicos e Planos com rea de abertura de 0 65 m por ocupante convencional e Rendimento tico de 73 e Coeficientes de perdas t rmicas al 4 12 W m K e a2 0 014 W m K2 e Modificador de ngulo para incid ncia de 50 igual a 0 91 Apresenta se na Figura 47 os dados de entrada e de sa da do programa Solterm Relat rio do desempenho energ tico e Fra o solar f Dados de localiza o Perfil do consumidor Dados do coletor m Solterm o Dae Caracter sticas da instala o Dados do sistema de Apoio Figura 47 Modelo de funcionamento do programa Solterm Tal como j mencionado sera extra do do programa Solterm o valor
33. de triagem enquanto a outra fra o enviada para uma Instala o de incinera o de res duos urbanos Ap s a triagem a fra o n o recicl vel transportado para um aterro sanit rio de mat rias inertes Dahlstrom Sornes Eriksen amp Hertwich 2012 5 3 Integra o de sistemas solares t rmicos em edif cios Ap s esta an lise s fases do ciclo de vida do edif cio apresentadas na sec o 5 2 pode se concluir que a integra o do sistema solar t rmico apenas apresenta impacte na fase de opera o do edif cio pois s nessa fase que se torna necess ria a utiliza o de sistemas solares t rmicos para prepara o das AQS Assim sendo numa an lise comparativa entre sistemas solares t rmicos integrados em edif cios a nica vari vel desta compara o seria os sistemas adotados uma vez que o edif cio seria sempre o mesmo Sornes 2011 constatou nos seus estudos que os impactes da fase de constru o do edif cio seria a mesma independentemente do sistema solar t rmico instalado Num desses estudos o autor comparou os impactes de ciclo de vida entre dois edif cios iguais mas com sistemas de aquecimento diferentes Este concluiu que os edif cios n o apresentavam impactes diferentes na constru o mas na energia utilizada Assim para o edif cio que utilizava um sistema convencional para aquecimento das guas sanit rias o consumo de energia ao final do ciclo de vida do edif cio era maior que o edif
34. desempenho tenha sido avaliado pelo mesmo referencial normativo aplica se o requisito equivalente em termos de EER e COP que resulta do definido na Tabela I 10 tendo por base o menor valor do intervalo previsto na respetiva matriz de classifica o indicada nas Tabelas I 11 a 1 14 TABELA I 14 Classifica o do desempenho de unidades do tipo chiller bomba de calor de compress o Classe Unidades com permuta exterior a ar Unidades com permuta exterior a gua EER gt 3 1 COP gt 3 2 EER gt 5 05 COP gt 4 45 3 1 gt EER 2 9 3 2 gt COP 3 0 5 05 gt EER gt 4 65 4 45 gt COP gt 4 15 134 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios As caldeiras a combustivel liquido ou gasoso devem obedecer aos requisitos minimos de efici ncia indicados na Tabela I 15 na forma de classe de efici ncia sendo que o seu rendimento assim como o dos esquentadores a g s deve ser superior ao disposto na Tabela 1 16 TABELA 1 15 Requisitos m nimos de efici ncia energ tica de caldeiras Tipo de equipamento Classe de efici ncia m nima ap s um o po RO TABELA 1 16 Rendimento nominal de caldeiras e esquentadores Classe de efici ncia Energ tica Rendimento Nominal na A n gt 96 A 96 gt n gt 92 92 gt n gt 89 Caldeira 89Y0 gt n gt 86Y 86Y02n gt 83Y 83Y02n gt 80 80Y02n gt 7Yo n lt 77 Pot ncia kW Rendimento na Esquentador lt 10 Kw gt 0 82 Os sistemas de prepara o de A
35. desenvolvido no Laborat rio de Energia Solar LES do LNEG Este Laborat rio acreditado desde 1993 nico em Portugal membro da Rede Solar Keymark e reconhecido pelas entidades certificadoras CERTIF Portugal e DIN CERTCO Alemanha A entidade certificadora CERTIF Figura 40 realiza anualmente a inspe o da produ o de modo a verificar a manuten o das condi es de produ o para garantir que se mant m as caracter sticas do produto selecionado para os ensaios de concess o CERTIF 2004 Figura 40 Marca CERTIF Revista Energia Solar n 53 2004 44 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Esta certifica o em tudo semelhante ao Solar Keymark o que refletiu numa boa aceita o que a certifica o Solar Keymark teve em Portugal como padr o para os requisitos de certifica o no mbito de programas de financiamento de sistemas solares t rmicos e tamb m no mbito da obriga o de sistemas solares t rmicos em edif cios Carvalho 2011 Os atuais coletores solares t rmicos e os sistemas solares t rmicos do tipo kit certificados Marca Produto CERTIF ou Marca Solar Keymark podem ser consultados em AQSpP 2014 45 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios 46 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Capitulo 4 No es de Avalia o de ciclo de vida LCA 4 1 Enquadram
36. dulo de trabalho Esta rea de trabalho come a com os separadores de introdu o de dados e termina nos separadores de resultados Por defeito o programa inicia no separador Edificio note se que o utilizador deve come ar sempre por esse separador e comutar para os separadores seguintes assim que preencher toda a informa o pedida pelo programa A rea B designada por rea de trabalho o local onde o utilizador introduz os dados requeridos Em caso de d vidas o utilizador pode sempre consultar o manual Figura 55 utilizando o bot o Manual no canto superior direito da Figura 54 No primeiro separador Edificio o utilizador ter de especificar algumas caracter sticas do edif cio em estudo tais como a localiza o o tempo de servi o tipologia e tipo de edif cio temperatura de consumo e alguns requisitos Impostos pelo REH Note se que o campo n de ocupantes de preenchimento autom tico em fun o da tipologia do edif cio Em caso de d vidas no preenchimento dos campos ligados legisla o e temperatura o utilizador pode utilizar o bot o que esclarece o utilizador sobre o conte do pedido Figura 56 e Figura 57 89 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Edificio Sistema Solares t rmicos An lise Ambiental e Energ tica An lise Econ mica Relat rio Final Caracteristicas do Edificio Tempo de Vida til do Edificio Anos Tipologia
37. e alguns requisitos da legisla o em vigor Na segunda parte denominada de Sistemas solares t rmicos s o requeridas informa es referentes ao sistema solar t rmico em quest o Na terceira e na quarta parte apresenta se os resultados ambientais e econ micos do sistema solar t rmico utilizado Por fim a quinta parte designada de relat rio final apresenta o resumo dos resultados obtidos e ilustra graficamente os ndices de sustentabilidade gerados pelo programa Ap s esta pequena s ntese do conte do do programa procedesse explica o detalhada do desenvolvimento do programa O primeiro contacto que o utilizador tem com o programa corresponde ao formul rio de inicializa o Figura 53 Para prosseguir com a simula o o utilizador tem de pressionar o bot o Sistema Solar T rmico a j a Jp Universidade do Minho Do Departamento de Engenharia Civil E aa AVALIA O DE CICLO DE VIDA DE SISTEMAS SOLARES TERMICOS Sistema Solar t rmico Realizado por Ver nica Fernandes sob a orienta o do professor Ricardo Mateus Figura 53 Janela Iniciar 88 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Ap s a introdu o do programa surge o primeiro formul rio de preenchimento para posterior formula o dos resultados Na Figura 54 apresenta se duas reas de trabalho distintas A rea A designa se por rea operacional na qual o utilizador selecionada o m
38. em compreender que tipo de an lise ser realizada e que tipo de decis o ser tomada A escolha do per odo de estudo deve recair sobre a maior espectativa de vida til das diferentes solu es analisadas ou seja deve se prolongar a vida til de qualquer sistema estudado assumindo uma substitui o total ou parcial dos seus componentes de modo a que os per odos de vida de todas as alternativas sejam semelhante Ribeiro V 2014 Para a realiza o de um estudo viabilidade econ mica dos sistemas solares t rmicos necess rio contabilizar os custos de aquisi o instala o manuten o e m o de obra assim como os custos referentes energia despendida pelos sistemas auxiliares Nem todos os custos t m uma implica o significativa na an lise econ mica dos sistemas caso estes sejam equivalentes nas alternativas de projeto eles podem ser desprezados Contudo custos como por exemplo da energia n o podem ser ignorados pois s o relevantes para a compara o entre alternativas Ribeiro V 2014 Dependendo do papel que desempenham os custos podem tomar as seguintes defini es e Custos de investimento e Custos de funcionamento e Custos residual Na Figura 48 apresenta se sucintamente os par metros a serem contabilizados em cada custo supramencionado T1 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Compra do equipamento Custo de investimento
39. p 171 251 60 i Julho 209 201 j 201 260 58 i Agosto 188 197 E 208 260 51 Setembro 130 153 162 251 89 I Outubro 96 133 A 142 260 LES a Novembro 61 99 i 99 251 152 Dezembro 48 82 A 79 260 181 i Anual 1465 1687 3056 1374 Fraccao solar 55 0 Rendimento global anual do sistema 38 Produtividade 647 kWh m 2 colector Optimiza o sob crit rios energ ticos Es constrangimentos Optimizar C aumentar a frac o solar 4 m dulos 2 6 m2 r 2 Pane reduzir o fornecimento de energia de apoio Inclina o 35 optimizar a orienta o dos colectores Iv manter o azimute Azimute Sul Armazenamento de 300 e Realizando a simula o para os sistemas solares t rmicos utilizados no caso de estudo concluiu se que todos apresentavam um Esolar superior ao do sistema padr o A solu o com menor Esolar corresponde ao sistema solar com coletores da marca Rinsun com o valor de 2013 KWh ano apesar de baixo superior ao do sistema padr o 138 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios ANEXO IV Base de Dados Impactes Ambientais 139 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Base de dados dos Impactes Ambientais Base de dados do programa desenvolvido com os impactes ambientais de sistemas solares t rmicos na fase de produ o Categoria de impacte ambiental Energia incorporada Circula o For ada com Coletor plano mai
40. rmicos em edif cios ANEXO VI Caso de estudo 149 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Relatorio Final do Sistema Solar T rmico Localiza o do edif cio Tipo de Resid ncia Tipo de sistema solar t rmico Sistema com circula o For ada rea total de capta o solar EF m DO Esolar 2434 _ KWH ano Necessidades Energ ticas AQS KWH ano Tempo de Retorno Energ tico 08 Anos Tempo de Retorno de CO2 0 7 Anos Tempo de Retorno Econ mico 12 6 Anos Impactes do sistema solar selecionado na integra o de um edif cio com ADP Gwe ODP AP POCP EP ADP_FF ERE La md Tempo de Retorno Energetico 800000 E energia rr fo e a 2 500000 Convencional J E 400000 energia 300000 acumulada 200000 Sistema Solar 100000 0 123 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Tempo de Retorno Ambiental CO2 C02 acumulado Solu o Convencional eee C0 acumulado Sistema Solar t rmico 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Soe Tempo de Retorno Economico poupan a acumulada de Energia Investimento Inicial Valor Monetario 012 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Relat rio Solu o de Refer ncia 08 07 2014 Programa para Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos 1 de 1 150
41. sistema Para estes autores Duffie amp Beckman 2006 esta a defini o mais utilizada na pratica corrente e calcula se com recurso a expressao 26 ym AEx 1 e 1 gt ly 26 Onde Lo Investimento inicial do sistema solar t rmico e taxa de inflacao da energia utilizada AE Poupan a de energia Resolvendo em ordem ao tempo de retorno temos a express o 27 Igxe In 2 1 In 1 e O Despacho extrato n 15793 L 2013 tamb m define uma metodologia de apuramento da viabilidade econ mica contudo n o s o considerados os efeitos da infla o nos custos da energia Segundo este as medidas de efici ncia energ tica s o de implementa o obrigat ria quando se demonstre que a N o existem evidentes constrangimentos ou limita es t cnicas legais ou administrativas Instala o b O per odo de retorno simples PRS seja igual ou inferior a 8 anos O valor do PRS dado pela express o PRS C P onde C corresponde totalidade dos custos de investimento e P poupan a anual resultante da aplica o da medida em estudo sendo determinado com base em simula es anuais detalhadas do funcionamento do edif cio e seus sistemas t cnicos ou por c lculo anual simples Regulamento delegado UE N 244 2012 2012 Para a presente metodologia desenvolvida neste trabalho foram consideradas a metodologia LCC segundo os crit rios estabelecidos pela Federal Energy Management Program FEMP e o processo d
42. sistema solar t rmico 5 4 Avalia o do ciclo de vida de sistemas solares t rmicos A avalia o do ciclo de vida de sistemas solares t rmicos segue a abordagem gen rica de uma an lise LCA Na Figura 45 apresenta se detalhadamente as fases de ciclo de 66 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios vida de um sistema solar t rmico A metodologia de avalia o de ciclo de vida destes sistemas incluir as seguintes etapas extra o de mat rias primas a produ o dos componentes transporte montagem do sistema transporte para o local de aplica o o uso do sistema e manuten o e por fim a elimina o do sistema Maternal 1 Matenal 2 Material n Monta gem da estrutura Transporte Monta do Sistem a solar t rmico Fase de Produ o Transporte e integra o no edificio Opera o e Energa Auxiliar Redu o da efici ncia ao longo do tempo manuten o gas eletricidade we a E t B ry E ee Em a Fim de vida Residuos separados Residuos n o separados Outros para o Aterro Fase Fim de vida Figura 45 Est gios LCA aplicados aos sistemas solares t rmicos Com o objetivo de descobrir os benef cios da integra o de sistemas solar t rmicos em edif cios apresenta se de seguida os passos necess rio para essa avalia o 5 4 1 Defini o de objetivo e mbito A escolha do objetivo e do mbito d
43. 0 anos s Investimento Inicial Usar base de dados Base de dados para resid ncias unifamiliares Plano de Manuten o Na totalidade pelo T cnico T cnico apenas nas substitui es Outros Plano Anual de Custos de Manuten o Figura 63 Plano de Manuten o op o 2 Uma terceira op o apresentada caso o utilizador queira introduzir manualmente os custos Nesse caso o utilizador deve selecionar o plano Outros tal como apresentado 95 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios na Figura 64 e substituir os zeros pelos valores apropriados em fun o do tempo de vida util escolhido para o sistema solar t rmico Edificio Sistema Solares t rmicos An lise Ambiental e Energ tica An lise Economica Relat rio Final Dados t cnicos Taxa de desconto 2h Valor de Repara o E Taxa de Atualiza o Energia 0 Ano da repara o 1 20 Pre o da Energia KWh Valor Resitual Valores medios Eurostat e Deco Vida til do Sistema 15 20 anos m Investimento Inicial Usar base de dados Base de dados para resid ncias unifamiliares Plano de Manuten o Na totalidade pelo T cnico T cnico apenas nas substitui es Outros Plano Anual de Custos de Manuten o 10203 4 5 6 7 8 9 w nh 2 Bow 6 6 vy ww a Foot oof oo oof co oof oof oof co oof oo oo oof oof oof cof oof 00 oof co Figura
44. 0 que foca a Interpreta o do ciclo de vida Em 1 de julho de 2006 estas quatro normas foram substitu das pela norma ISO 14040 2006 Gest o Ambiental Avalia o do Ciclo de Vida Princ pios e enquadramento ISO 14040 2006 e pela norma ISO 14044 2006 Gest o Ambiental Avalia o do Ciclo de Vida Requisitos e diretrizes ISO 14044 2006 2 Atualmente a an lise de ciclo de vida uma metodologia anal tica que permite a quantifica o do potencial impacte ambiental associado ao ciclo de vida de um produto ou servi o Neiva Mateus amp Bragan a 2012 Figura 41 Esta an lise baseada na compara o dos impactes ambientais causados por diferentes produtos ou servi os atrav s da quantifica o de materiais e fluxos de energia Assim sendo todos os estudos alusivos Avalia o de ciclo de vida referem a LCA como uma metodologia que compreende as etapas que v o desde a extra o da mat ria prima para a produ o de um dado produto at ao fim do ciclo de vida desse produto contabilizando no processo as seguintes etapas e Produ o de energia e Processos de fabrica o e Consumo de energias n o renov veis e Impactes relacionados com o uso e manuten o e Tratamento final do Produto aterro ou reciclagem 48 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Transporte Material input Produto Fim de vida Processamento e montagem
45. 1E 03 1 06E 05 1 25E 05 1 48E 05 Indices de Sustentabilidade Tempo de retorno Ambient CO fans O 089 Tempo de retorno 0 94 Energ tico anos i Tempo de retorno Econ mico anos 111 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios 8 3 Estudo de Otimizacao O estudo de otimiza o tem por base os mesmos pressupostos e solu es anteriormente mencionadas para este caso de estudo Invocando os conhecimentos adquiridos no Cap tulo 3 no que concerne geometria solar torna se evidente a influ ncia da orienta o para os diferentes ngulos de incid ncia do Sol ao longo do ano O ngulo de inclina o timo para os meses de Inverno maior que no Ver o por causa da menor altura solar Assim sendo a inclina o dos coletores deve otimizar a capta o da radia o solar tendo em conta a varia o da altura solar ao longo do ano Recorrendo ao programa SolTerm para otimizar a orienta o dos coletores solares obtiveram se os valores do desempenho dos sistemas solares t rmicos que se encontram tabelados na Tabela 14 Posteriormente recorreu se ao programa desenvolvido para se obter os resultados finais Tabela 15 Tabela 14 Desempenho dos Sistemas com inclina o otimizada SolTerm 5 3 1 Estimativa de Desempenho atrav s do Programa Solterm otimiza o Essa de desempenho do sistema solar proposto a PR on CS nt otimizada Epa nada KWh m coletor Necessidades ener
46. 2 1 46E 01 5 19E 02 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Base de dados do programa desenvolvido com os impactes ambientais de sistemas solares t rmicos na fase de utilizacao Categoria de impacte ambiental Energia incorporada Circula o For ada com coletores planos por Mj de calor produzido Refer ncia Utiliza o do sistema Solar t rmico com coletores planos 4m2 7 45E 05 0 010174 1 12E 09 6 09E 05 4 1846E 06 4 03E 05 2 81E 01 1 16E 00 resid ncia unifamiliar Utiliza o do sistema Solar t rmico com coletores planos 58 2E 05 0 002896 4 11E 10 2 3E 05 1 4101E 06 1 69E 05 5 62E 02 1 14E 00 m2 resid ncia multifamiliar calor produzido em fun o do sistemas de circula o for ada Utiliza o do sistema Solar t rmico resid ncia unifamiliar 2 39E 05 3 34E 03 4 21E 10 1 57E 05 9 0E O7 9 77E 06 1 3E 01 2 54E 02 Utiliza o do sistema Solar t rmico resid ncia multifamiliar 1 97E 06 2 4E 04 3 40E 11 1 33E 06 7 11E 08 8 67E O7 1 55E 02 2 35E 03 calor produzido em fungao do sistemas de termossifao Utiliza o do sistema Solar t rmico resid ncia unifamiliar 5 97E 06 8 1E 04 1 22E 10 3 13E 06 4 4567E 07 9 93E 07 1 45E 02 3 39E 04 Utiliza o do sistema Solar t rmico resid ncia multifamiliar 2 98E 07 4 35E 05 6 11E 12 1 56E 07 2 2245E 08 4 96E 08 7 24E 04 1 69E 05 Sistema auxiliar a Eletricidade em Portugal por Mj Baixa Voltagem impor
47. 26003 300803 3 60E03 ADP FF 1 13E 05 3 94E 05 5 76E 05 6 81E 05 8 18E 05 9 47E 03 9 90E 03 9 90E 04 1 18E 05 1 42E 05 Indices de Sustentabilidade Tempo de retorno Amena 013 249 OM 08 o Tempo de retorno Fr RE Econ mico anos Com base na otimiza o da inclina o dos coletores solares concluiu se que houve um aumento de 1 6 do Esolar anual para a solu o de refer ncia um aumento de 1 4 para a solu o 1 3 0 para a solu o 2 3 3 para a solu o 3 e 3 0 para a solu o 4 114 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios PARTE V Conclusoes e Trabalhos Futuros Capitulo 9 Consideracoes Finais 9 1 Conclus es Da an lise realizada ao caso de estudo constatou se que os sistemas solares nao asseguram na ntegra as necessidades energ ticas dos utilizadores Neste caso torna se necess rio recorrer a sistemas auxiliares suportados por energias convencionais eletricidade ou g s Mais se constatou que quanto maior o Esolar entre as solu es maior a fra o solar e menor as necessidades energ ticas a serem repostas pelo sistema auxiliar Destaca se a utiliza o da bomba de calor como uma solu o energeticamente mais eficiente quando a energia convencional dispon vel para o equipamento auxiliar a eletricidade Este facto leva a um tempo de retorno ambiental e energ tico menor que os equipamentos que utilizam energia el trica ou combust veis gasosos
48. 3 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios A Figura 42 resume as etapas da avalia o de ciclo de vida atrav s da interliga o das v rias fases que tornam esta avalia o num processo iterativo Defini o de objetivo e mbito Aplica es diretas Desenvolvimento e melhoramento de produtos i Interpreta o E E E rpreta Planeamento estrat gico a de resultados ee A Cria o de novas H pol ticas Marketing Outros Avalia o ER de impactes Figura 42 Etapas LCA ISO 14040 2006 4 3 1 Defini o de objetivo e mbito A primeira fase de um estudo LCA consiste na defini o do objetivo e mbito de estudo Esta fase crucial para atingir resultados precisos e suficientes para alcan ar os objetivos delineados A complexidade desta fase envolve a defini o da chamada unidade funcional que fundamental para a condu o do estudo Santiago 2005 Nesta fase da LCA s o tamb m definidas as fronteiras e limites do estudo o tipo de p blico alvo para quem se destina a apresenta o dos resultados e as principais categorias de impacte ambiental Neiva Mateus amp Bragan a 2012 Em suma nesta primeira fase de LCA deve se definir os seguintes elementos e Defini o dos prop sitos da an lise e Defini o dos limites do sistema e Estabelecimento da fun o e da unidade funcional do siste
49. 64 Plano de Manuten o op o 3 Relativamente aos custos de investimento estes podem ser introduzidos manualmente pelo utilizador ou atrav s da base de dados do programa Figura 61 Para isso sera necess rio que o campo marca do coletor Tipo de sistema e Capacidade do dep sito da aba Sistema Solar T rmico estejam preenchidos Esta base de dados dos custos de investimento Anexo V tem como base o quadro comparativo de produtos para 55 marcas certificadas realizado pela Solar Keymark em 2009 que posteriormente j sofreu algumas atualiza es em algumas marcas apesar de ainda n o ser uma atualiza o un ssona Outra limita o desta base de dados resulta da sua aplicabilidade apenas a resid ncias unifamiliares pois apenas integra informa o de custos para sistemas com um ou dois coletores em fun o da capacidade do dep sito e tipo de sistema A mais valia destes dados define se pelo facto de proporcionar uma m dia do custo esperado para situa es correntes em habita es unifamiliares Definidos todos estes par metros o utilizador pode proceder ao c lculo das medidas econ micas atrav s do bot o Calcular O programa apresenta os c lculos dos custos de ciclo de vida do sistema solar t rmico em estudo LCC o r cio entre poupan a e investimento SIR a taxa interna de retorno modificada TIRM Poupan a l quida NS e o tempo de retorno econ mico TR Todas estas medidas j se encon
50. 87 1 78 1 78 1 82 1 97 1 94 1 98 1 76 2 06 1 9 1 91 2 02 1 8 1 91 2 16 2 1 N NNNNNNNN N N NNN NN NY N N MN MN ON 288 L 300 L 300 L 300 L 280 L 290 L 300 L 287L 300 L 300 L 295 L 301 L 280 L 282 L 280 L 300 L 299L 300 L 300 L 300 L 300 L 300 L 280 L 287 L 3200 2799 3506 2780 2660 3180 3380 2658 2740 2800 2724 2799 1660 2686 2794 2800 2915 2946 2350 2802 2702 3198 2500 2583 2678 2600 1 99 2 35 1 77 1 92 1 98 1 87 1 98 2 06 2 24 1 87 1 686 2 791 1 66 1 78 1 78 1 82 1 86 1 97 2 23 1 973 1 76 2 06 1 91 1 9 1 91 2 02 2 3 1 91 2 16 2 N NN NNYNNY NY WNYNNNNNNNNNNN WRPFNNNNN NN NWN 295 L 300 L 300 L 281 L 300 L 300 L 288 L 300 L 300 L 300 L 275L 300 L 302 L 300 L 305 L 291 L 300 L 300 L 286 L 302 L 299 L 300 L 300 L 300 L 300 L 300 L 300 L 298 L 300 L Termossifao 200 L Termossifao 300 L Circula o For ada 300 L 4120 4656 4497 3900 3940 4878 3877 3940 4120 3891 4120 4114 3916 3926 3104 4095 4106 4120 4120 4260 3926 3000 4120 4116 3874 3198 3350 3444 4015 Saunier Duval Schuco Solahart Solar Project SA Solarfocus Solargus Solarinox Solid Solius Solution Sonnenkraft Suncore Sunset Teknoenergy Thermosolar Tisun Uniko Vaillant Vicoren Vulcano Westech Components Wikora Zantia Alema Australiana Espanhola Austriaca Portuguesa Port
51. E 00 coletores planos resid ncia unifamiliar Calor til de um Sistema solar t rmico combinado com tubos 5 05E 05 6 80E 03 8 76E 10 4 21E 05 2 68E 06 3 21E 05 1 81E 01 1 16E 00 de vacuo resid ncia unifamiliar Para aquecimento de AQS e Ambiente Com base na Tabela 6 elaborou se uma base de dados de impactes ambientais ANEXO IV que derivam da area e tipo de coletor presente no sistema solar t rmico requerido Esta base de dados sera posteriormente utilizada pelo programa desenvolvido neste trabalho Capitulo 7 e Sistema auxiliar de aquecimento de AQS Os sistemas auxiliares ou tamb m conhecidos como sistemas de apoio sao sempre necess rios nos sistemas solares t rmicos uma vez que estes nem sempre fornecem a energia suficiente para aquecimento das guas sanit rias Estes sistemas auxiliares podem recorrer a v rias fontes de energia por exemplo um esquentador ou uma caldeira a g s propano butano ou natural uma resist ncia el trica um termoacumulador el trico ou ent o uma caldeira a biomassa ou gas leo De acordo com alguns estudos referentes ao enquadramento energ tico do sector residencial Portugu s Sousa Silva amp Almeida 2012 a energia mais utilizada nestes sistemas provem de g s butano ou de eletricidade e Energia necess ria para o aquecimento das AQS A determina o da energia necess ria para o aquecimento das AQS do edif cio ser realizada recorrendo metodologia imposta no nov
52. EG 2007 As altera es clim ticas podem ser assinaladas como o maior desafio do seculo XXI DGEG 2007 Nestas circunst ncias houve a preocupa o e a necessidade de desenvolver iniciativas e instrumentos a n vel mundial no sentido de estabilizar as concentra es de gases de efeito de estufa GEE na atmosfera de forma a possibilitar a adapta o natural dos ecossistemas e a reduzir a interfer ncia antropol gica no sistema clim tico Tornou se assim necess rio garantir um desenvolvimento econ mico Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios sustent vel atrav s da operacionalidade de a es e iniciativas que combatam os problemas mencionados Seguem se a t tulo de exemplo algumas iniciativas que t m vindo a ser desenvolvidas ao longo dos anos com o objetivo de colmatar o problema das altera es clim ticas Conven o Quadro das Na es Unidas sobre Altera es Clim ticas CQNUAC e a sua pioneira Confer ncia do Rio Protocolo de Quioto Agenda 21 e os Acordos de Copenhaga Cancun e Durban DGEG 2007 Em 1992 realizou se na cidade do Rio de Janeiro uma confer ncia das Na es Unidas sobre Ambiente e Desenvolvimento onde foi redigido um documento denominado de Agenda 21 Este documento continha informa es e recomenda es para atingir o desenvolvimento sustent vel Desta forma surgiu a apresenta o do conceito desenvolvimento sustent vel definido no Relat rio de B
53. EN 12975 2 2006 NP EN 12976 1 2006 e NP EN 12976 2 2006 Carvalho 2011 Normas de Requisitos Normas de Ensaios NP EN 12975 1 2006 NP EN 12975 2 2006 Determina o do Verifica o de aspetos de fiabilidade comportamento termico s debilidade Ensaio para a determina o do Ensaio de qualifica o do coletor rendimento de coletores com e sem cobertura M todo Estacion rio e M todo Qu si Din mico Press o interna absorsores inorg nicos e org nicos Resist ncia a alta temperatura Coletores Exposi o ca a Choque T rmico externo Sujeito aos ensaios de qualifica o i Nao apresenta falhas graves Choque T rmico Interno Penetra o de chuva Carga mec nica Resist ncia ao congelamentol Resist ncia ao impacto opcional Verifica os requisitos relativos a documenta o e etiquetagem Normas de Requisitos Normas de Ensaios NP EN 12975 1 2006 NP EN 12975 2 2006 Determina o do Verifica o de aspetos de fiabilidade comportamento t rmico Scab dade Ensaio para a determina o do Ensaio de qualifica o do coletor comportamento t rmico do sistema solar M todo CSTG ISO 9459 2 ou M todo DST ISO 9459 5 Resist ncia press o Dep sito e Circuito prim rio e Prote o ao sobreaquecimento Sistemas E E Prote o ao congelamentol Verifica o condi es de n o Sujeito aos ensaios de qualifica o
54. Programa Altener designado por Solar Keymark Esta a primeira marca de qualidade Figura 39 para produtos solares t rmicos e est amplamente disseminada no Mercado Europeu e fora dele Solar Keymark 2010 A Solar Keymark baseada nos seguintes par metros e Ensaios iniciais de acordo com a EN 12975 ou EN 12976 e Implementa o de um sistema de gest o da qualidade e Revis o anual do sistema de gest o da qualidade e inspe o bianual ao produto A obten o da solar Keymark clarifica a qualidade de fabrico do produto tendo como objetivo reduzir barreiras exporta o destes equipamentos 43 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Figura 39 Marca de certifica o Solar Keymark Solar Keymark 2010 No mbito da Iniciativa P blica Aguas Quentes para Portugal IP AQpP surge como objetivo criar um mercado sustent vel de coletores solares com garantia de qualidade atrav s do desenvolvimento da certifica o de produtos Solares T rmicos assim como de Instaladores de Sistemas Solares T rmicos A CERTIF organismo de certifica o de produtos acreditada pelo Sistema Portugu s da Qualidade SPQ produziu um documento em que descreve o Sistema de Certifica o Este sistema de Certifica o compreende duas fases CERTIF 2004 e Realiza o de ensaios de concess o e Auditoria Inspecao da produ o Os ensaios de concess o de coletores e sistemas solares t rmicos
55. QS com recursos a termoacumuladores el tricos devem cumprir com o requisito indicado na Tabela I 17 ou outro equivalente previsto em diretivas europeias aplic veis e a sua efici ncia deve ser obtida em fun o das perdas est ticas do equipamento Qpr definida segundo a EN 60739 ou outro referencial equivalente publicado em legisla o ou normaliza o europeia sendo determinada de acordo com a Tabela 1 18 135 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios TABELA 1 17 Valores limite de perdas est ticas em termoacumuladores Qpr kWh 24h TABELA 1 18 Sistemas para aproveitamento de fontes de energia renov veis e Requisitos de efici ncia Os sistemas de coletores solares t rmicos a instalar devem proporcionar uma contribui o de energia renov vel igual ou superior calculada para um sistema id ntico ao previsto ou instalado baseado em coletores solares padr o com as seguintes caracter sticas a Orienta o a Sul e com Inclina o de 35 b Apresenta o dos seguintes par metros geom tricos ticos e t rmicos 1 Planos com rea de abertura de 0 65 m2 por ocupante convencional 11 Rendimento tico de 73 11 Coeficientes de perdas t rmicas al 4 12 W m2 K e a2 0 014 W m2 K2 iv Modificador de ngulo para incid ncia de 50 igual a 0 91 e Requisitos de qualidade e manuten o 1 As instala es para aproveitamento de energia solar t rmica a instalar dev
56. RAS IMPORTADOR H DRICA NATURAL F SSIL RENOV VEIS Figura 4 Produ o de eletricidade por fontes em Portugal 2012 APREN 2014 TWh 14 0 5 12 0 aA 10 0 8 0 x E od 4 0 TE GRANDE EOLICA CARVAO COGERA O OUTRAS SALDO G S H DRICA F SSIL RENOV VEIS IMPORTADOR NATURAL Figura 5 Produ o de eletricidade por fontes em Portugal 2013 APREN 2014 A Figura 6 apresenta o peso das fontes de energia em Portugal destacando o elevado peso que as energias renov veis apresentam para o pa s aproximando se cada vez mais das metas que se comprometeu a cumprir 11 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios 70 Copera o F ssil 606 0 1 as Natural 50 3 A Carv o sola 40 23 3 rn and 30 Etomassa 70 26 a Grande Hidrica 10 Y Edtica EE 340 Ge Saldo importador 0 RENOV VEL F SSIL SALDO IMPORTADOR Figura 6 Peso das fontes de energia em Portugal 2013 APREN 2014 A Associa o de Energias Renov veis APREN apelidou o ano de 2013 como o ano mais renov vel deste s culo devido aos elevados ndices de produ o renov vel verificados nesse ano Num recente comunicado de imprensa da APREN a 10 de Fevereiro de 2014 e de acordo com dados publicados pelas Redes Energ ticas Nacionais REN Portugal voltou a privilegiar o uso de fontes de energias renov veis no primeiro m s de 2014 APREN 2014 Nesse comunicado pode ser lido que a produ
57. SE Despezas de montagem e transporte Individuais Custos de substitui o Custo Global Custo de funcionamento Custos de energia Recorrentes Custos de manuten o Custo residual Figura 48 Ramifica o do Custo Global Ribeiro V 2014 Os custos de investimento correspondem aos custos do equipamento e todos os processos relacionados com a montagem do sistema no local de funcionamento Os custos de funcionamento incorporam a manuten o repara o e substitui o dos componentes do sistema e os custos referentes energia utilizada ao longo do tempo de vida do sistema Por fim os custos residuais correspondem ao valor residual no fim do per odo de c lculo Segundo os crit rios da FEMP Fuller amp Petersen 1996 a contabiliza o desses custos deve ser calculado atrav s da express o 11 LCC I Repl E W M Res 11 Onde I Custo de investimento inicial Repl custo de substitui o de capital E Custos com energia W custos com agua M Custos com manuten o e repara o Res Valor Residual 78 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Segundo o regulamento Delegado da Uniao Europeia n 244 2012 a formula dos custos globais do ciclo de vida do sistema consiste em calcular os valores dos cash flows e em soma los no momento zero conforme a seguinte expressao Cy t Ciny EDEa Ca 0 X Ra D Ve 12 Onde T Per odo de c lculo C t
58. Utilizaca E Distribui o Figura 41 Etapas do ciclo de vida de um produto ou servi o REC 2014 Em fun o destas etapas a avalia o de ciclo de vida pode ainda apresentar tr s variantes conforme o tipo de an lise realizada Mateus 2009 Assim pode ser feita uma an lise em que se considera a totalidade do ciclo de vida do produto desde a extra o da mat ria prima at fase de deposi o a qual se d o nome de cradle to grave do ber o sepultura Uma an lise do produto que vai desde a fase de extra o at a porta da f brica denominada de cradle to gate do ber o porta E por fim uma an lise cradle to cradle do ber o ao ber o que uma variante da primeira an lise diferenciando se apenas pelo facto de a ltima fase do ciclo de vida do produto ser a reciclagem 4 2 Aplica o LCA em edif cios e respetiva normaliza o Atualmente a aplica o da Avalia o de ciclo de vida encontra se muitas vezes associada aos processos de tomada de decis es no sector da constru o civil Soares Souza amp Pereira 2006 A utiliza o deste m todo para avaliar os impactes ambientais dos edif cios teve inicio na d cada de 1970 com o objetivo de avaliar os fluxos de energia Contudo foi no fim da d cada de 1980 que alguns investigadores apresentaram uma abordagem mais rigorosa e abrangente para a avalia o dos impactes ambientais de um edif cio durante o seu ciclo de vida H kki
59. a camada de Ozono ODP efeitos negativos sobre a sa de humana sa de animal no equil brio dos ecossistemas terrestres aqu ticos e em ciclos bioqu micos e sobre na durabilidade e no desempenho dos materiais A acidifica o um processo no qual as emiss es de gases como di xido de enxofre e xidos de nitrog nio quando liberados na atmosfera Potencial de acidifica o AP retornam ao solo sob a forma de chuva cida Esta altera a composi o do solo prejudicando florestas e agricultura e pode contribuir na deteriora o das constru es Atualmente o ozono troposf rico um dos poluentes mais graves da Europa em grande Potencial de forma o de ozono quantidade pode causar graves problemas de troposf rico POCP sa de morte prematura redu o da produtividade das culturas agr colas e mudan as na biodiversidade 130 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Potencial de eutrofiza o EP Energia nao renovavel incorporada ADP_FF Energia renovavel incorporada ER Fen meno causado pelo excesso de nutrientes lan ados na gua Geralmente causado pelos fertilizantes agr colas restos da ind stria de alimentos e descarga de esgoto sanit rio provoca prolifera o de bact rias que consomem o oxig nio forma o de gases t xicos cheiro desagrad vel e toxinas que contaminam as fontes de gua pot vel Este indicador expressa o consumo de ener
60. a capacidade de renova o dos ecossistemas DGEG 2007 Estas agita es no planeta devem se ao elevado consumo de recursos naturais principalmente do sector energ tico que utiliza fontes n o renov veis para a produ o de energia Os impactes ambientais destas atividades t m despertado um alerta a n vel mundial DGEG 2007 Atualmente o problema das altera es clim ticas j n o passa despercebido pois tem afetado cada vez mais a popula o mundial tornando se evidente a necessidade de atuar no sentido de reverter esta tend ncia Estas altera es clim ticas resultam essencialmente do Aquecimento Global Este processo pode ser explicado da seguinte forma Quando o di xido de carbono CO2 se encontra na camada superior da atmosfera em n veis considerados normais tem se um equil brio clim tico pois o CO utilizado na fotoss ntese para a produ o de oxig nio Contudo a cont nua desfloresta o e a utiliza o massiva de combust veis fosseis elevam de tal forma os n veis de di xido de carbono na atmosfera que a rea florestal dispon vel no planeta incapaz de utilizar a totalidade deste g s no processo de fotoss ntese Desencadeia se assim um efeito de estufa que promove a subida da temperatura da superf cie terreste levando a impactes desastrosos na popula o nos ciclos naturais do planeta na capacidade de renova o dos ecossistemas e nos padr es de determinadas culturas alimentares DG
61. a do sistema solar t rmico 3 5 4 Bomba de Circula o As bombas de circula o Figura 29 utilizadas para movimentar o fluido t rmico nos sistemas de circula o for ada s o bombas do tipo centr fugo Este tipo de bombas s o normalmente constitu das pelo impulsor motor el trico e corpo da bomba Figura 29 Bomba de circula o Wilo 2014 3 5 5 V lvulas As v lvulas presentes nos circuitos hidr ulicos dos sistemas solares t rmicos caracterizam se pela fun o que desempenham A Tabela 2 apresenta os diferentes tipos e fun es de algumas dessas v lvulas 3 5 6 Vaso de expans o O vaso de expans o Figura 30 tem como finalidade absorver a dilata o e as contra es da gua no interior do sistema hidr ulico de modo que a press o se mantenha dentro dos par metros definidos Este equipamento constitu do por um dep sito em a o carbono dentro do qual est colocada uma membrana el stica Esta membrana faz a separa o entre a zona que recebe a gua do circuito hidr ulico e a zona preenchida com ar ou com um g s inerte Roriz Rosendo Loren o amp Calhau 2010 A instala o do vaso de expans o dever ser feita no circuito antes dos coletores solares pois a o fluido est mais frio o que proporciona uma maior durabilidade do vaso de expans o Roriz Rosendo Loren o amp Calhau 2010 35 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Fluido T rmi
62. a entre os 45 que v o de Sul a Este ou ent o de Sul a Oeste tamb m seriam uma posi o favor vel para a capta o de radia o solar desde que a inclina o do coletor fosse reduzida para 25 IP AQSpP 2004 Um bom exemplo de aplica o dos sistemas solares em edif cios Figura 31 corresponde instala o dos sistemas respeitando a inclina o do telhado da habita o assegurando sempre uma inclina o m nima de 8 Quando poss vel o ngulo com a horizontal ser o de Latitude do local 5 IP AQSpP 2004 Figura 31 Sistema solar t rmico integrado no telhado do edif cio Energia Lateral 2014 Existindo impossibilidade na ado o das orienta es mencionadas devido a fatores arquitet nicos ou impactes est ticos devem ser tomadas menores inclina es para beneficiar a capta o da radia o A efici ncia energ tica tornou se um tema primordial do seculo XXI levando v rias empresas e associa es a implementarem sistemas solares contribuindo para o programa AQSpP guas Quente Solar para Portugal e para a redu o das emiss es de gases de 37 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios efeito de estufa Contudo estes sistemas teriam de apresentar uma apar ncia harmoniosa para os utilizadores reduzindo ao m nimo os impactes visuais causados pela implanta o dos sistemas solares A t tulo de exemplo apresenta se o Edificio da sede da Caixa Geral de Dep
63. a o aquecimento dos edif cios sob a forma de sistemas passivos e ativos O primeiro aproveitamento conseguido atrav s da arquitetura do edif cio e dos materiais de constru o que permitem uma boa qualidade t rmica do edif cio proporcionando menores gastos energ ticos e ao mesmo tempo diminuindo os potenciais impactes ambientais O princ pio que est na base do solar t rmico passivo consiste na acumula o da radia o solar durante o dia atrav s da inercia t rmica do edif cio levando ao seu aquecimento O arrefecimento obtido durante a noite quando o ar exterior est a uma temperatura inferior ao interior atrav s da perda de energia por radia o noturna e pela ventila o natural Roriz Rosendo Loren o amp Calhau 2010 Para obter temperaturas superiores s temperaturas de conforto t rmico atrav s da radia o solar s o aplicados sistemas solar t rmicos ativos As centrais solares e os sistemas de aquecimento de guas sanit rias e ambiente interior de edif cios s o exemplos dessa aplica o Roriz Rosendo Loren o amp Calhau 2010 1 E E E Capacidade de armazenamento e distribui o de calor 13 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios O sistema solar t rmico de uma maneira geral apresenta um funcionamento simples A radia o solar que incide no coletor absorvida e transferida sobre a forma de energia t rmica para o fluido que nele circula
64. a solar t rmico utilizado teve por base um sistema solar da marca Vulcano com coletores solares da gama PremiumSun FKT 2 Como sistema auxiliar considerou se a utiliza o de uma bomba de calor tamb m da marca Vulcano Este sistema solar foi considerado a solu o de refer ncia tendo as restantes solu es apresentadas a responsabilidade de serem igual ou melhor que a solu o de refer ncia a um n vel ambiental e econ mico A sele o dessas solu es teve como base o custo de Investimento dos sistemas mais usuais do mercado de forma a encontrar a solu o menos dispendiosa A energia utilizada corresponde eletricidade e g s butano de garrafa visto n o existir g s natural nas imedia es do edif cio Todos estes sistemas cumprem os requisitos m nimos para os coletores solares impostos no REH Anexo III A Tabela 11 apresenta as caracter sticas e pressupostos dessas solu es Tabela 11 Dados e pressupostos das solu es propostas Dados e Pressupostos de Estudo Solu o R E E o pa Penafiel Orienta o dos Sul Sul Sul Sul Sul Coletores Inclina o dos coletores 24 24 24 24 24 sogele do FKT 2S FKB FA O FKB FCC 2S CS 300 4 10 coletor sistema Tip E ue Sistema Solar Circula o Circula o Termossif o Termossif o Termossif o T rmico For ada For ada Pre o do sistema solar 4 987 00 4 336 00 3 186 00 2 743 00 2 583 00 l Caldeira Resist ncia Resist ncia
65. abela 10 Sistemas solares do programa desenvolvido Parte ID cceccceeeeeeeeeeees 100 Tabela 11 Dados e pressupostos das solu es propostas ccccceeeceeseeeeeeseeeeeseeseeeees 102 Tabela 12 Desempenho dos Sistemas SolTerm 5 3 1 eeee erre 107 Tabela 13 Resultados extra dos do programa desenvolvido ccceecccneeeeeeeeeeneseees 111 Tabela 14 Desempenho dos Sistemas com inclina o otimizada SolTerm 5 3 1 112 Tabela 15 Resultados extra dos do programa desenvolvido cccceeecceeeeeeseeneeeees 114 XIX XX INDICE DE QUADROS Quadro 1 Quadro 2 Quadro 3 Quadro 4 Quadro 5 Quadro 7 Quadro 8 Vantagens e desvantagens dos coletores solares eee eeeecceeeeceeseeeeeeeeaeees 24 Vantagens e desvantagens da liga o em paralelo c eee cceecccseeeceeeeeeeeees 26 Vantagens e desvantagens da liga o em s rie ccceeccceeseceeeeeceeeeceeeeeeaeees 27 Vantagens e desvantagens da liga o em paralelo de canals 28 Vantagens e Desvantagens da circula o natural e da circula o for ada 32 Vantagens e desvantagem de Unidades Funcionais ccccccsescceeeeeeeeees 56 M todos interm dios e m todos finais cc es reeeeeeereerererenanea 59 xxi XXil INDICE DE GRAFICOS Gr fico 1 Mercado de coletores solares t rmicos rec m instalados em Portugal 15 Grafico 2 Desenv
66. aian Pe 44 Figura 41 Etapas do ciclo de vida de um produto OU SETVICO cccceeeeceeceeeeeeeeeeeenenees 49 Fearas Etapa EO sad o a een eee eee eee ee 54 Pioura AS Ciclo devida de mn CACO ssa a DS aa 62 Figura 44 Cen rios representativos da fase de opera o do edif cio 66 Figura 45 Est gios LCA aplicados aos sistemas solares t rmicos c c es iii 67 Figura 46 Metodologia de c lculo das necessidades energ ticas para AQS 71 Figura 47 Modelo de funcionamento do programa Solterm seseessoessorssoesssrsssesseesses 73 Figura 48 Ramifica o do Custo Global ec cccecccceseeccceeeeeeneeeeceeeesecesneeeaeeseeeaeeees 78 Figura 49 Ilustra o esquem tica do SPV eeccccsesccccsesccceeeeccnseseceaeeeceeseeceeaeeseeeaeeees 81 Proura SO Iu stra o esquem tica do UPN ana eira Rr 81 Fig ra 5 Ilustra o esquematica do UPV datas setas aaa raca ada SES ae Ra canada acao 82 Figura 52 Fluxo de informa o do programa desenvolvido ciee iii 87 Fisura 55 Janela ICAO acta os ses enredos e ab e ed ae Gato vent 88 Figura 54 Primeiro separador do programa Edif cio ccccee eira 90 Fisura 55 Viana lide WU Za Or 23 000 060 E E E acon da 90 Figura 56 Ajuda 1 Fator de efici ncia h drica cee eeeccceneeeecceeeeccneeseecaeeeeaeeseeeaenees 91 Figura 57 Ajuda 2 Variacao d temperatuta pasmo saias sia n Sa nana 91 Fig
67. ais tarde o g s natural A ideia de que os combust veis f sseis seriam uma fonte de energia alternativa abundante e barata tornou se cativante entre as sociedades que apenas queriam satisfazer as suas necessidades energ ticas o mais economicamente poss vel Esta filosofia est refletida hoje em dia na sociedade onde tr s quartos das necessidades energ ticas do mundo s o satisfeitos atrav s dos combust veis f sseis Castro 2011 No entanto durante a d cada de 1970 surge a primeira crise petrol fera e a humanidade descobre que este recurso n o renov vel Este o ponto de viragem para a sociedade que percebe que a energia de origem f ssil deixou de ser barata Com o aumento do pre o do petr leo aumentam as preocupa es com o meio ambiente Atualmente a preocupa o acerca da sustentabilidade dos combust veis f sseis encontra se no auge do pensamento da humanidade levando ao reaparecimento do Interesse pelas fontes de energias renov veis A not vel preocupa o de Portugal vis vel nas Figura 4 e Figura 5 que comparam a produ o de eletricidade por fontes Destaca se a evolu o da utiliza o de fontes de energias renov veis em compara o com as fontes de energias f sseis em apenas um ano 10 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios TWh 14 0 A 12 0 Y 10 0 8 0 E e 0 i 4 0 oO 0 0 CARV O E LICA SALDO GRANDE G S COGERA O OUT
68. al an lise econ mica 7 2 Manual de utiliza o do programa O programa inform tico apresentado foi desenvolvido atrav s da linguagem de programa o Visual Basic Este programa permite realizar uma an lise ambiental e econ mica de um sistema solar t rmico aplicado a um edif cio habitacional de forma r pida e pormenorizada Devido complexidade da natureza do programa recorreu se a uma representa o esquem tica para explicar o funcionamento base do programa Figura 52 Caracter sticas do edif cio p Relat rio e Impactes ambientais Caracter sticas do Coletor Sistema gt e Tempo de retorno CO Programa e Tempo de Retorno Caracter sticas dos componentes do sistema gt Energ tico e Tempo de retorno Considera es econ micas do sistema gt EC Figura 52 Fluxo de informa o do programa desenvolvido 87 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios A Figura 52 apresenta o fluxo de informa o deste os inputs at aos outputs do programa Torna se percet vel que o programa foi desenhado tendo em conta uma base de conhecimento da utiliza o de sistemas solares t rmicos por parte dos utilizadores do programa O programa encontra se dividido em cinco partes A primeira parte designa se por Edif cio e corresponde descri o do edif cio em estudo Nesta parte s o introduzidas informa es referentes ao tempo de vida til e tipologia do edif cio
69. amp Zhao 2012 Battisti amp Corrado 2005 e no caso dos edif cios habitacionais entre 50 a 60 anos Dahlstrom Sornes Eriksen amp Hertwich 2012 O longo tempo de servi o dos edif cios leva substitui o ou manuten o de v rios materiais O n mero de substitui es pode ser calculado pela express o 5 Citherlet Favre amp Perriset 2013 Onde Round SP SL 64 o j SP Np Roun 1 5 Numero de substitui es do elemento Fun o que arredonda para o n mero inteiro mais pr ximo Per odo de estudo do edif cio Vida til do elemento Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios 5 2 4 Fase de fim de vida do edif cio Esta fase inclui desde o processo de demoli o do edif cio at elimina o dos materiais ou seja os processos de desmantelamento do edif cio os equipamentos utilizados o transporte e a gest o de res duos reciclagem reutiliza o incinera o ou deposi o em aterro Citherlet Favre amp Perriset 2013 Normalmente na gest o de res duos n o s o creditados os ganhos de qualquer potencial de reutiliza o de material de reciclagem ou de recupera o de energia a partir da incinera o Estes pressupostos formam a base de um cen rio de res duos no pior dos casos Segundo Dahlstrom et al 2012 todos os res duos s o classificados em duas fra es diferentes Uma fra o transportada para uma Instala o
70. area m de coletores t rmicos vindo a sofrer uma queda acentuada desde 2011 no mercado dos coletores rec m instalados Gr fico 1 No Gr fico 2 s o comparados os principais mercados do solar t rmico m per 1000 capita destacando se a ustria a Gr cia e a Alemanha como os l deres desse mercado Contudo tamb m esses pa ses sofreram em 2013 uma retra o no mercado dos coletores Gr fico 2 MW m x1000 1 000 200 900 180 800 160 700 140 600 120 500 100 400 80 300 60 200 40 100 20 0 0 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 Rec m Instalados MW E Total Instalado MW Capacidade Anual m Gr fico 1 Mercado de coletores solares t rmicos rec m instalados em Portugal ESTIF 2014 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 M ustria E alemanha M Gr cia B it lia E Pol nia E Espanha D Fran a DD EU28 Gr fico 2 Desenvolvimento dos principais mercados Capacidade de coletores rec m instalados per 1000 Capita ESTIF 2014 Segundo as estat sticas da ESTIF em 2013 o mercado portugu s foi de cerca de 40 MWin 57 234 m o que representou uma evolu o anual de 37 Neste contexto pode se concluir que fulcral promover a utiliza o de sistemas solares t rmicos em Portugal 15 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios 16 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Capitulo 3
71. ares t rmicos em edif cios 60 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios PARTE III Metodologia aplicada Capitulo 5 Avalia o do ciclo de vida de Sistemas Solares T rmicos 5 1 Enquadramento A utiliza o de sistemas com recurso a energias renov veis para melhorar a efici ncia energ tica dos edif cios tem sido um foco importante no desenvolvimento sustent vel Contudo necess rio averiguar se o consumo adicional de energia na fase de produ o n o ultrapassa os benef cios ambientais e econ micos da fase de utiliza o Sornes 2011 Como tal ser necess rio avaliar os impactes ambientais e o consumo de energia relacionados com os sistemas de aquecimento Segundo Citherlet Favre e Perriset 2013 a avalia o do desempenho de um sistema solar t rmico deve assentar na sua integra o em edif cios novos ou restaurados Assim sendo pretende se promover a aplica o do m todo LCA a fim de melhorar o desempenho quer de edif cios quer de sistemas solares contribuindo para um parque edificado mais sustent vel A metodologia apresentada compreende os passos necess rios para a realiza o de uma an lise ambiental e econ mica do ciclo de vida de sistemas solares t rmicos tendo como finaliza o a apresenta o de um programa que permitir auxiliar os projetistas na otimiza o do desempenho sustent vel do edif cio 5 2 Avalia o do ciclo de vida de edif cios
72. as quanto validade do m todo Tornando se cada vez mais dif cil a sua aplica o principalmente com o aparecimento dos R tulos Ambientais que eram atribu dos com base em apenas um aspeto ambiental do produto ou servi o desvalorizando todas as fases do ciclo de vida do produto Contudo os resultados controversos dessas iniciativas de rotulagem levaram considera o da utiliza o da Avalia o do Ciclo de Vida como uma sa da tecnicamente correta para o impasse dos r tulos ambientais Com esta situa o surgiu a necessidade de se padronizar a LCA Santiago 2005 47 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Em resposta a Society of Environmental Toxicology and Chemistry SETAC iniciou os primeiros trabalhos de sistematiza o e padroniza o dos termos e crit rios da LCA Assim em 1993 a International Organization for Standardization ISO criou o Comit T cnico TC 207 para elaborar normas de sistemas de gest o ambiental e suas ferramentas A partir de 1997 foi normalizada uma das mais importantes s ries de normas internacionais a s rie ISO 14000 Nesta s rie destaca se as seguintes normas de Avalia o de ciclo de vida a ISO 14040 1988 que estabelece os princ pios gerais do m todo LCA a ISO 14041 1988 que aborda a defini o do objetivo e mbito e an lise de invent rio a ISO 14042 2000 que destaca a avalia o de impactes ambientais e finalmente a ISO 14043 200
73. at rio onde constam os tempos de retorno ambiental energ tico e econ mico do sistema selecionado No final do trabalho foi desenvolvida uma aplica o pr tica desse programa que consiste na sua aplica o a um projeto real de um sistema solar t rmico Deste estudo conclui se que o sistema termossif o economicamente mais vi vel que um sistema de circula o for ada quando aplicado a uma moradia unifamiliar A melhor compreens o da rela o custo benef cio econ mica e ambiental dos sistemas solares t rmicos crucial para que os projetistas formulem uma decis o consciente e ponderada visto a obrigatoriedade legal impl cita na instala o dos sistemas solares PALAVRAS CHAVE Energia Solar Sistema Solar T rmico Avalia o de ciclo de vida LCA Custos de ciclo de vida LCC Programa Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos vi Life cycle assessment of solar hot water systems in buildings ABSTRACT This thesis embraces environmental and economic concepts applied to the life cycle of solar hot water systems This work is aimed at alerting engineers to the current problem of climate change in order to promote the use of renewable energy specifically solar energy The concepts and notions about the law and the market for solar thermal systems will be presented and discussed as well as the main components that make up these systems A methodology for life cycle assessment of solar hot
74. cao Taxa de Atualiza o Energia Do Ano da repara o 1 20 Doo Pre o da Energia KWh Valor Resitual Valores m dios Eurostat e Deco Vida til do Sistema 15 20 anos o Es TESTE ES A Usar base de dados Base de dados para resid ncias unifamiliares Plano de Manuten o Na totalidade pelo T cnico T mico apenas nas substitui es Outros Plano Anual de Custos de Manuten o Figura 62 Plano de Manuten o op o 1 Para o segundo plano foram inclu dos os pre os do contrato de manuten o durante os primeiros 6 anos de servi o do equipamento ap s esse per odo contabilizou se os custos relativos s interven es t cnicas na base das medidas de substitui o de acess rios ficando o utilizador com as tarefas banais de limpeza inspe o visual lubrifica o e acr scimo de fluido t rmico Castiajo 2012 Este plano de manuten o encontra se no programa e pode ser acedido pelo utilizador atrav s da sele o do plano T cnico apenas nas substitui es tal como apresentado na Figura 63 Edificio Sistema Solares t rmicos An lise Ambiental e Energ tica An lise Econ mica Relat rio Final Dados t micos Taxa de desconto a Valor de Reparacao Taxa de Atualiza o Energia Doo Ano da repara o 1 20 Doo Pre o da Energia KWh Valor Resitual E Valores mediog Eurostat e Deco Vida til do Sistema 15 2
75. chuveiros ou sistemas de duche com certifica o e rotulagem de efici ncia h drica de acordo com um sistema de certifica o de efici ncia h drica Conforme o r tulo de efici ncia o fator pode tomar os seguintes valores Tabela 8 valores do fator de efici ncia h drica Efici ncia feh ii Energia despendida com sistemas convencionais de prepara o de AQS A energia til despendida com sistemas convencionais a energia fornecida por estes sistemas para produzir uma eleva o da temperatura da gua Esta energia pode ser calculada de acordo com a express o 7 Despacho n 15793 1 2013 2013 Qa Mags X 4187 x Ar X na 3600000 KW h ano 7 Onde Mags Consumo m dio diario de refer ncia de AQS Ar Aumento de temperatura necess ria para preparar a AQS C na Representa o n mero anual de dias de consumo de AQS Segundo o antigo regulamento para edif cios residenciais o consumo permanente logo 365 dias por ano iii Necessidades energ ticas para prepara o de AQS Por fim as necessidades nominais de energia til para a prepara o de AQS podem ser calculadas pela express o 8 Portaria n 349 C 2013 2013 Naas Qa Na E oiar Even KW h ano 8 Onde Q Energia util despendida com sistemas convencionais de prepara o de AQS T2 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Na Efici ncia de convers o desses sistemas de prepara o
76. circula no pamel A vantagem destes coletores em rela o aos outros o facto de poderem ser sujeitos a temperaturas muito baixas pr ximos dos 3 C sem que 23 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios ocorra a forma o de gelo nos tubos Roriz Rosendo Loren o amp Calhau 2010 Quando o l quido arrefece retoma para a base do tubo voltando se a repetir o ciclo Figura 17 Tubos de vacuo Marla Energias 2014 O Quadro 1 apresenta um resumo de algumas vantagens e desvantagens dos coletores solares referidos Quadro 1 Vantagens e desvantagens dos coletores solares Coletores Simples e Mais econ mico e Perdas elevadas e Facilidade de instala o e Pouco vers til e Aplica o para piscinas e N o aplic vel a altas temperaturas Coletores planos e Satisfaz as necessidades habitacionais e Controlo mais exigente e Mais econ mico que os tubos de v cuo Coletores de tubo de v cuo e Elevada capacidade de AQS e Controlo mais exigente e Pode ser sujeito a baixas temperaturas e Pre o exteriores 24 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios A escolha do coletor deve ser feita em fun o das necessidades e da utilidade pretendida de maneira a obter a solu o mais eficiente Muitas dessas necessidades dizem respeito temperatura pretendida ao investimento e ao aspeto est tico Roriz Rosendo Loren o amp Calhau 2010 Embora est
77. co Gas Inerte Figura 30 Vaso de expans o EMMETI 2014 Tabela 2 Tipos de v lvulas Roriz Rosendo Lorengo amp Calhau 2010 Ribeiro V 2014 Valvulas Vari vel controlada Caudal Fun o Secciona determinada sec o ou componente permitindo assim a sua desativa o Vari vel controlada Caudal Fun o Impedir que o fluxo se d num dado sentido permitindo no entanto que este se processe no sentido oposto Seguran a Vari vel controlada Press o e Caudal Fun o Destina se a proteger equipamentos ou instala es de sobrepress es Equilibradora Vari vel controlada Caudal Fun o Impedir que o caudal m ximo que atravessa o ramal por ela servido ultrapasse o valor de projeto Fun o Respons vel pela corre o da temperatura Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios 3 6 Integra o de sistemas solares t rmicos em edif cios Portugal n o um pa s com costumes no que se refere integra o dos sistemas solares t rmicos em edif cios Normalmente os edif cios apenas disponibilizam os telhados para a coloca o destes sistemas Mas mesmo esta solu o deve ser cuidada de forma a minimizar os Impactes arquitet nicos provenientes de uma m integra o e de uma m gest o de espa o No caso de Portugal a orienta o tima para os sistemas solares corresponde ao Sul com uma Inclina o de 38 No entanto uma orienta o compreendid
78. coletores solares planos Figura 16 que podem ser de baixa ou de alta temperatura em fun o do tipo de absorsor usado do tipo de revestimento da superf cie absorsora do tipo de vidro da cobertura do n vel de isolamento t rmico e do percurso do fluido no painel Os coletores de baixa temperatura s o utilizados quando se pretende utilizar gua com temperaturas pr ximas dos 60 C como o caso das habita es superf cie absorsora e circuito do fluido t rmico e cobertura isolamento t rmico e Caixa Figura 16 Sec o transversal de um coletor plano colectores solares t rmicos 2014 3 2 3 Coletores de tubos de v cuo Os coletores de tubos de v cuo Figura 177 s o pain is planos constitu dos por tubos conc ntricos por onde circula o fluido t rmico Estes apresentam cor escura no Interior para absorver a radia o solar e o exterior em vidro para serem transparentes radia o solar ao mesmo tempo que s o opacos sua radia o Podem ser utilizados no aquecimento das guas sanit rias e no aquecimento do gerador dos sistemas frigor ficos de absor o podendo atingir temperaturas pr ximas dos 100 C Os coletores utilizam fen menos de mudan a de fase para transferir calor isto na extremidade que recebe a radia o solar o liquido contido no tubo sofre evapora o o vapor descola se por difus o para a outra extremidade que ao condensar liberta calor e aquece o fluido t rmico que
79. culada pela expressao 14 1 D ee 1 14 Onde D taxa de juro nominal I infla o 6 3 Rela o entre valor presente e valor futuro necess rio estabelecer um per odo comum de estudo para que todas as alternativas estudadas apresentem o mesmo cen rio econ mico Assim sendo fundamental estabelece uma rela o de equival ncia temporal entre uma quantia monet ria atual e uma quantia monet ria futura Esta rela o pode ser estabelecida pela f rmula do juro composto em que o valor futuro Pn ao fim de n anos dado por P P xX 1 i 15 Onde Po valor presente 1 Taxa de atualiza o No mbito da avalia o de um projeto de investimento a taxa de atualiza o denominada de taxa de desconto real r O valor presente Pv pode ser expresso em termos do valor futuro Fn como se tira imediatamente da express o 16 Fn Py qu 16 A taxa de atualiza o representa a taxa minima de rentabilidade exigida num projeto Na pr tica costuma se considerar que esta taxa no m nimo igual taxa de juro do mercado 2 a 4 Contudo nem sempre se est perante o mesmo fluxo financeiro pois este depende da tend ncia do fluxo e da sua ocorr ncia no tempo De forma a solucionar este entrave na s rie de fluxos deve se escolher o fator que melhor se adequa numa an lise LCC a 80 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios saber e Valor presente indiv
80. de combust veis fosseis No mbito do Protocolo de Quioto Portugal assumiu o compromisso de limitar o crescimento das suas emiss es GEE n o excedendo at 2010 27 do valor que tinha em 1990 Contudo em 2005 Portugal j estava a emitir GEE em mais de 50 do valor estipulado DGEG 2007 No sentido de colmatar o sucedido Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios foram implantadas pol ticas com o objetivo de reduzir as emiss es de gases poluentes e um programa de integra o de energias renov veis na rede el trica Castro 2011 estabelecendo se as seguintes metas at 2020 uma redu o de 20 do consumo de energias prim rias incorpora o de 20 de energias renov veis no consumo bruto de eletricidade e uma redu o de 20 de gases com efeito de estufa Portugal tem vindo a evoluir energeticamente passando a ser necess ria a utiliza o de energia num maior n mero de sectores sociais Na Figura 2 apresenta se o Balan o Energ tico de 2009 em que o sector dom stico o terceiro maior consumidor de energia depois dos sectores dos transportes 37 5 e da ind stria 30 5 Apesar do sector dom stico n o representar a maior parte da parcela de consumos este torna se o sector mais importante pois aquele que pode ser mais facilmente trabalhado a n vel da efici ncia energ tica Este sector apresenta um grande potencial na implanta o de energias renov veis assim como na redu o das
81. do Edificio Tn n N de ocupantes Quadro VI 1 do RECTE Fator de Efici ncia Hidrica Aumento da temperatura C O 1 extrato n 15793 12013 Figura 54 Primeiro separador do programa Edif cio Arquivo Editar Visualizar Janela Ajuda x da ra amp EB a 227 GF EA Ferramentas Assinar E Coment rio IR Universidade do Minho Manual de Utilizador Programa Avalia o do ciclo de vida de sistemas solares t rmicos Figura 55 Manual de utilizador 90 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios O fator de efici ncia hidrica aplica se a chuveiros ou sistemas de duche com certifica o e rotulagem de efici ncia hidrica de acordo com um sistema de certifica o de efici ncia h drica Conforme o r tulo de efici ncia o fator pode tomar os seguintes valores 1 para efici ncia inferior a A 0 9 para efici ncia superior ou igual a Figura 56 Ajuda 1 Fator de efici ncia h drica Corresponde ao aumento de temperatura necess ria para preparar a AQS associado diferen a entre a temperatura pretendida e a temperatura da gua na rede Figura 57 Ajuda 2 Varia o da temperatura No separador seguinte Figura 58 o utilizador tem de especificar o sistema solar utilizado introduzindo informa o referente ao tipo de circula o rea quantidade de coletores Esotar retirado do programa Solterm tipo d
82. do Esolar para posteriormente ser utilizado para calcular as necessidades energ ticas de prepara o das AQS Ap s calculadas essas necessidades poder se calcular os impactes ambientais resultantes da energia auxiliar utilizada 13 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios 5 4 2 3 Manutencao A manuten o um processo que n o pode ser negligenciado Ardente Beccali Cellura amp Brano 2005 Segundo os autores este processo engloba a substitui o de alguns componentes do sistema tais como a resist ncia el trica bomba fluido t rmico veda o e juntas O fluido t rmico composto por etileno glicol respons vel pelos principais potenciais impactes ambientais durante as fases de manuten o Este composto degrada se ao longo do tempo principalmente com as altas temperaturas tal como j mencionado no cap tulo 3 Os resultados obtidos por Ardente et al 2005 mostram que os impactes correspondentes substitui o ou recarga do fluido s o significativos no ciclo de vida do sistema devendo ser substitu do de 10 em 10 anos assim como as bombas de circula o Dahlstrom Sornes Eriksen amp Hertwich 2012 Em rela o aos outros materiais do sistema solar t rmico Dahlstrom et al 2012 consideram que o coletor solar o dep sito de gua quente e o sistema auxiliar devem ser substitu dos ao fim de 25 anos De forma a manter a m xima efici ncia do sistema deve
83. e 2013 Di rio da Rep blica n 159 1 s rie 4988 5005 Decreto Lei n 80 2006 4 de Abril de 2006 Di rio da Rep blica n 67 1 s rie 2468 2513 Despacho n 15793 E 2013 3 de Dezembro de 2013 Di rio da Rep blica n 234 2 s rie Despacho n 15793 H 2013 3 de Dezembro de 2013 Di rio da Rep blica n 234 2 s rie Despacho n 15793 1 2013 3 de Dezembro de 2013 Di rio da Rep blica n 234 2 s rie DGEG 2007 Energias Renov veis Obtido em Fevereiro de 2014 de Dire o Geral de Energia e Geologia http www dgeg pt 120 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Dias A 2011 A Normaliza o de M todos de Avalia o da Sustentabilidade da Constru o Obtido de http www centrohabitat net sites default files eventos pdf apresentacao baio dias pdf Duffie J amp Beckman W 2006 Solar Engineering oh Thermal Processes 3rd ed Estados Unidos da America John Wiler amp sons Inc Eder C Meneses G Fiterman L amp Tinoco M 2004 Avalia o dos M dodos da Taxa Interna de Retorno Modificada Universidade Federal do Rio Grande do Sul Escola de Engenharia Porto Alegre Electr nica 2014 Instala o Sistemas Solares Fotovoltaicos Obtido em Junho de 2014 de Electr nica http www electronica pt com content view 2 73 EMMETI 2014 Vaso de Expans o Obtido em julho de 2014 de http www emmeti com br vaso de expansa
84. e House Standard Disserta o de Mestrado em Energia e Meio Ambiente Norwegian University of Science and Technology Sousa J Silva S amp Almeida M 2012 Enguadramento Energ tico do Sector Residencial Portugu s Universidade do Minho Departamento de Engenharia Civil Vulcano 2013 Vulcano Obtido em junho de 2014 de http www vulcano pt consumidor documentacao catalogo_de_produtos catalogodeprodutos Weidema B Bauer C Hischier R Mutel C Nemecek T Reinhard J et al 2013 Overview and methodology Data quality guideline for the ecoinvent database version 3 Obtido em Maio de 2014 de Ecoinvent http www ecoinvent org fileadmin documents en Data_Quality_Guidelines 01_DataQualityGui deline_v3_Final pdf Wilo 2014 Aquecimento Ar Condicionado e refrigera o Obtido em julho de 2014 de http productfinder wilo com image do file 00506087_0 jpg amp width S500 amp height S500 amp format png amp user force amp auth 1 1d8699091c09ee628182614c030bffe 124 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios ANEXOS 125 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios 126 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios ANEXO I Normas de Certifica o de coletores e sistemas solares t rmico 127 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Resumo das normas NP EN 12975 1 2006 NP
85. e c lculo dos autores Duffie e Beckman 2006 Mais se refere que os valores referentes aos custos da eletricidade e do g s natural t m 85 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios como fonte os valores m dios do Eurostat EUROSTAT Pre o da Eletricidade para consumo dom stico 2013 EUROSTAT Pre o do g s para consumo dom stico 2013 Ao passo que os valores do g s propano e butano foram retirados da Deco Pro Teste DECO Pro Teste 2014 86 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios PARTE IV Apresenta o do programa desenvolvido e aplica o pr tica Capitulo 7 Desenvolvimento do programa inform tico para Avalia o do ciclo de vida de sistemas solares t rmicos 7 1 Enquadramento Neste cap tulo apresenta se a estrutura e modo de funcionamento do programa desenvolvido de Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos Para uma acess vel perce o do programa ser apresentado no cap tulo seguinte uma aplica o pr tica a um caso de estudo De encontro com a metodologia explanada no cap tulo anterior este programa aplica os conceitos e procedimentos de c lculo desenvolvidos nessa metodologia minimizando o tempo e o esfor o que seria necess rio para uma resolu o manual O objetivo deste programa cativar os projetistas para um cen rio sustent vel oferecendo lhes uma ferramenta capaz de aliar a an lise ambient
86. e ciclo de vida Mateus 2009 Atualmente este contratempo j est ultrapassado pois aproximadamente 80 dos dados necess rios para a realiza o de uma an lise LCA ja se encontram dispon veis em base de dados bibliografias ou na internet Pr consultants 2008 Contudo n o deixa de ser importante manter um espirito cr tico no que concerne escolha da informa o principalmente aquela que provem de fontes desconhecidas ou que apresenta dados incompletos Mateus 2009 Segundo a opini o dos especialistas em LCA uma das fontes de informa o mais plaus veis a base de dados Ecoinvent A primeira vers o da Ecoinvent v1 01 foi lan ada em 2003 tendo obtido grande sucesso Posteriormente em 2007 lan aram a vers o 2 0 sendo que atualmente j se encontra dispon vel a vers o 3 0 Esta nova vers o cont m a atualiza o dos dados existentes e a apresenta o de novos dados referentes gera o de eletricidade produ o de produtos qu micos s novas atividades de reciclagem e rotas de produ o e aos transportes incluindo novos dados sobre a mobilidade el trica Weidema et al 2013 4 3 3 Avalia o dos impactes de ciclo de vida Na terceira fase da LCA o objetivo avaliar a contribui o do produto para as categorias de impacte ambiental ou seja a avalia o dos impactes analisa o potencial efeito para o ambiente que resulta das interven es ambientais identificadas na fase de an lise de inv
87. e coletor coletor plano ou tubos de v cuo e a marca do coletor As op es apresentadas para a marca do coletor correspondem a marcas certificadas Esta informa o juntamente com a informa o referente capacidade do dep sito de acumula o ser posteriormente utilizada pelo programa para gerar um custo aproximado do sistema solar t rmico selecionado tamb m necess rio introduzir informa o referente ao sistema auxiliar Nesta ComboBox apresenta se uma lista de possibilidades que englobam as seguintes fontes energia el trica gas butano gas propano gas natural e bomba de calor Se o sistema auxiliar utilizado corresponder a uma bomba de calor o utilizador deve preencher o campo COP caso o sistema auxiliar utilize uma das outras fontes propostas o utilizador ter de introduzir no campo efici ncia do sistema auxiliar a efici ncia do sistema utilizado Para prosseguir com a simula o o utilizador deve premir o bot o Necessidades de AQS para obter os valores referentes energia til despendida com sistemas convencionais de prepara o de AQS Qa e s necessidades energ ticas de prepara o de AQS que ser o repostas pelo sistema auxiliar Naqs Estes valores s o posteriormente utilizados pelo programa para gerar uma an lise ambiental e econ mica do sistema solar t rmico selecionado 91 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cio
88. e estudo deve ser feita em fun o da aplicabilidade dos sistemas solares do p blico alvo e das raz es que levaram realiza o do estudo Este deve ser formulado e especificado sobre a forma de unidade funcional Visto que as metodologias correspondem simplifica o da realidade torna se necess rio desenvolver algum rigor para reduzir uma poss vel discrep ncia entre os resultados simulados e os resultados reais A fim de alcan ar os desafios propostos necess rio 67 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios especificar as etapas que comp em o ciclo de vida do sistema a unidade funcional que ser avaliada e as categorias de impacte a serem avaliadas nos v rios processos do ciclo de vida do sistema solar t rmico 5 4 2 Invent rio de ciclo de vida LCI A an lise de invent rio envolve a compila o e tratamento de dados para quantificar os fluxos de entrada e sa da do sistema As estradas correspondem quantifica o dos materiais e energias utilizadas enquanto as sa das correspondem s emiss es atmosf ricas emiss es para a gua e res duos s lidos Mateus 2009 Na Tabela 4 s o apresentados os indicadores ambientais respetivas unidades e os m todos LCIA utilizados para a quantifica o dos impactes Tabela 4 Indicadores ambientais inclu dos neste estudo Bragan a amp Mateus 2012 Indicadores Unidades M todos Potencial de diminui o das reservas de r
89. ecursos abi ticos ADP Kg Sb equiv CML 2 baseline 2000 V2 04 Potencial de aquecimento global GWP Kg CO equiv CML 2 baseline 2000 V2 04 Potencial de destrui o da camada de Ozono ODP KgCFC 11 equiv CML 2 baseline 2000 V2 04 Energia renovavel incorporada ER Potencial de acidifica o AP Kg SO equiv CML 2 baseline 2000 V2 04 A avalia o de impacte do ciclo de vida dos sistemas solares t rmicos foi complementada com a utiliza o do programa SimaPro 7 3 e com o banco de dados Ecoinvent 2 2 Apesar do contexto dos dados LCI corresponderem realidade Su a poss vel adota los para um contexto Portugu s uma vez ser m nima a diferen a entre as tecnologias utilizadas nos pa ses europeus 5 4 2 1 Fase de produ o Nesta fase necess rio quantificar todos os materiais que constituem um sistema solar t rmico coletor estrutura de suporte tanque de gua vaso de expans o etc a energia associada ao fabrico e o transporte Recorrendo base de dados Ecoinvent apresenta se na Tabela 5 a quantifica o dos par metros ambientais que descrevem os impactes ambientais e a energia utilizados 68 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios para produ o de v rios tipos de coletores solares e sistemas integrados Os valores da Tabela 5 incluem os materiais a gua a energia utilizada durante a produ o destes sistemas o transporte a montagem no telhado dos sist
90. eeeeeeeeeeeaaaeeeeeeeeeeeeeaaaaeeeees 67 5 4 2 Invent rio de ciclo de vida LE ssa casas Espadas 68 5 4 2 1 Fase de produ o cccssscccnssssccccnseeccnonseccnsasescnsnserecsausesensasesensnsesensenes 68 5422 Base de UNNZA O santas rara nana pandas Se dona Ea aaa aaa gaia ga a aa 69 2422 9 IMANULCN O 25sec Geos E aa ee ee DGE DEE ui anita 74 5 4 3 Ein 6 Vi 7 2 OD 74 5 5 ndices de Sustentabilidade eee 75 5 5 1 Tempo de retorno energ tico cccccccsseeseccccccceeeeeeeeccceeesauaeseeeeeeeeesaaaassees 75 5 5 2 Tempo de retorno ambiental e cerrrreeererrrerrerreeaeaoo 75 Capitulo 6 Custos de Ciclo de Vida LCC cccccceccccccsseeccceseeeeceeeeeeesaeeeeeeaeaeseesaaneeeeeas 77 61 Enquadramento aeee RARE RATED ol pens od nade nd vad paneer 77 6 2 Taxa dedesconto LEAL anan a e e ea a a ae oa na lerien 79 6 3 Rela o entre valor presente e valor futuro cece ccc cceeecccceeeeceeeaeeeeessaeeseesaeees 80 64 Medidas Suplementares iii tt StS pa sad 82 6 4 1 Poupan a TEU assin eii 5 83 6 4 2 R cio entre poupan a e investimento SIR ccccssseeeeeeeeeeessaeseeeeeeeees 83 6 4 3 Taxa interna de retorno modificada TIRM ccc ires 84 6 4 4 Per odo de Retorno PR DE RG 84 PARTE HI Apresenta o do programa desenvolvido e aplica o pr tica Capitulo 7 Desenvolvimento do programa inform tico para Avalia o do ciclo de vida de
91. em a Ser composta por sistemas e ou coletores certificados de acordo com as 136 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Normas EN 12976 ou 12975 respetivamente b No caso de instala es com rea de capta o superior a 20 m dispor de projeto de execu o elaborado de acordo com o especificado na referida Portaria n 701 H 2008 de 29 de julho c No caso dos sistemas solares dotados de resist ncia de apoio el trico dentro do dep sito de armazenamento incluir a instala o de um rel gio program vel e acess vel para atua o da resist ncia de forma que durante o dia o dep sito possa receber energia proveniente do coletor solar 2 Independentemente do tipo de sistema para aproveitamento de fontes de energia renov veis a instalar estes devem a Respeitar os demais requisitos de projeto e de qualidade dos equipamentos e componentes aplic veis no mbito da legisla o regulamenta o e normas portuguesas em vigor b Ser instalados por instalador devidamente qualificado no mbito de sistemas de qualifica o ou acredita o aplic veis sempre que a sua aplica o decorra de 1 Diretiva Europeia ou legisla o nacional em vigor 1 Despacho do Diretor Geral de Energia e Geologia c Registo da Instala o e manuten o em base de dados criada e gerida pela entidade gestora do SCE em condi es a definir por Despacho do Diretor Geral de Energia e Geolo
92. emas e a elimina o dos coletores Estes dados apenas dizem respeito aos coletores e sistemas solares excluindo o aquecimento auxiliar Tabela 5 Avalia o dos impactes do ciclo de vida de sistemas solares t rmicos Fase de produ o Categorias dos impactes ambientais no LCA Energia incorporada SR Fodu o ADP GWP ODP AP POCP EP ADP_FF ERE A APDE ne 6 74E 01 9 03E 01 8 42E 06 7 81E 01 3 26E 02 6 55E 01 1 48E 03 1 38E 02 Coletor plano 6 81E 01 1 02E 02 9 69E 06 9 76E 01 5 00E 02 6 65E 01 1 52E 03 2 46E 02 Sistema solar t rmico 1 eee 1 776 01 2 358403 3 06E 04 1 58E 01 1 03E 00 1 25E 01 3 90E 04 3 68E 03 de v cuo resid ncia unifamiliar Sistemas solarem t rmicos para AQS com coletores planos 7 00E 01 1 02E 04 1 47E 03 8 44E 01 5 21E 00 6 24E 01 1 60E 05 1 85E 04 resid ncia multifamiliares Sistemas solarem ee 9 838400 1 33E 03 1 35E 04 8 77E 00 6 24E 01 5 93E 00 2 13E 04 2 55E 03 coletores planos resid ncia unifamiliares Sistemas solarem erana Gore A MNES eS 1 95E 01 2 74E 03 3 52E 04 1 98E 01 1 34E 00 1 39E 01 4 35E 04 5 29E 03 com coletores planos resid ncia unifamiliares Para aquecimento de AQS e Ambiente Com base na Tabela 5 elaborou se uma base de dados de impactes ambientais ANEXO IV que derivam da rea e tipo de coletor presente no sistema solar t rmico requerido Esta base de dados ser posteriormente utilizada pelo programa desenvolvid
93. emiss es de GEE podendo tornar se num sistema energeticamente sustent vel Alves 2011 Dom stico 17 7 Transportes 37 5 Servi os 12 0 Agricultura e Pescas 2 3 Ind strias 30 5 Figura 2 Reparti o do consumo de energia final por sector I P DGEG 2011 Estudos realizados pela Dire o Geral de Energia e Ecologia 2007 referem que o sector dos edif cios respons vel pelo consumo de aproximadamente 40 da energia final na Europa e cerca de 30 para o caso de Portugal Porem mais de 50 desse consumo pode ser reduzido atrav s de medidas de efici ncia energ tica No que concerne ao consumo energ tico do parque edificado de acordo com a informa o disponibilizada pela Dire o Geral de Energia e Geologia os gastos energ ticos dos edif cios s o repartidos por tr s grupos O primeiro grupo diz respeito 8 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios climatiza o seguido da ilumina o e outros e por fim as cozinhas e guas quentes sanit rias Segundo a Figura 3 em 2010 estes grupos apresentavam as percentagens de 22 15 e 63 respetivamente Aquecimento do ambiente 21 5 Arrefecimento do ambiente 0 5 Ilumina o 4 5 Aquecimento de guas 23 5 E quipamentos El ctricos 10 9 Cozinha 39 1 Figura 3 Distribui o do consumo de energia no sector dom stico por tipo de utiliza o Portugal 2010 I P DGEG 2011
94. empo de Retorno Energ tico energia 00 acumulado acumulado Solu o Solu o Convencional Convencional meire ds energia Sistema Solar acumulada t rmico f ite mas Solar Figura 68 Janelas Tempo de retorno do CO e Tempo de retorno Energ tico 98 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios O programa desenvolvido pode ser aplicado a uma s rie de alternativas de projeto com base numa s rie de combina es em fun o do tipo e numero de coletores utilizados da tipologia do edificio e do sistema solar selecionado e da energia auxiliar Apresenta se na Tabela 9 e na Tabela 10 os varios sistemas que podem ser simulados com o programa apresentado Tabela 9 Sistemas solares do programa desenvolvido Parte I Sistemas contemplados no programa Parte I Resid ncia Unifamiliar Sistema de circula o for ada com planos e sistema auxiliar a g s butano Sistema de circula o for ada com planos e sistema auxiliar a g s propano Sistema de circula o for ada com planos e sistema auxiliar a g s natural Sistema de circula o for ada com planos e sistema auxiliar el trico Sistema de circula o for ada com planos e bomba de calor Sistema de circula o for ada com v cuo e sistema auxiliar a g s butano Sistema de circula o for ada com v cuo e sistema a
95. energia em Portugal 2013 0 0 0 cccccccccseecceeeeeeeeeeeneneeeees 12 Figura 7 Utiliza o de energias renov veis nos 27 Estados Membros da UE em 2011 13 Figura 8 Mapas da radia o solar em Portugal Continental e na Europa 14 Fiort o Plano EPU Osee T TT OA 17 Bigura ORe OSO quan E R E a a E E 18 Foura tI Incidencia SO LAU n pesa ap AON 18 Pourra 2 A PASO AR EA 19 Figura 13 Carta Solar para a latitude da cidade do Porto Portugal 20 Figura 14 Sombreamento em coletores solares cc ceccccceesccceeeeeeeeeeeccaeeeeeeaeeeeeeseeeeeas 21 Pietra 15 Coletor simples ssa iii RENDA a 23 Figura 16 Sec o transversal de um coletor plano s ssseessosseessorsserssersseesssesssersserss 23 Fig ra t7 TUDOS de Vacu Ocenenie e ac Se cece elec a a a antec 24 Pieuta lo Licac o em paralelo eosar A N E N E E 26 Figura T9 Dica o Cit SOU Eesun nia E E E Zi Figura 20 Licacao em paralelo de Canais ax cis siawserdsnsa ne add A arenes Leese a Gatas 2 Figura 21 Classifica o dos sistemas solares t rmicos cccseeeceeseeeeceeeeeeeeeeseeeeeseeeas 29 Figura 22 Medidas de refer ncia para a instala o de termossif es c 30 Figura 23 Sistema de circula o natural termossif o ccceecccceeccceeeceeeeeeeeseeeeneeeees 30 Eioura 24 Sistema termoOSSIL o wesc tessa Seas eE a 0 AL iene 31 Figura 25 Sistema de circula o TOrCAdA
96. enharia Civil Porto Castro R 2011 Uma introdu o s energias renov veis e lica fotovoltaica e mini h drica Instituto Superior T cnico Lisboa CERTIF Abril de 2004 Folheto Certifica o de equipamentos solares t rmicos Obtido em Maio de 2014 de CERTIF http www aguaquentesolar com publicacoes 3 certificacaoEquipamentos pdf CGD 2010 Energias Renov veis na CGD Obtido de CGD http www bcsdportugal org wp content uploads 2013 11 Caso 2010 CGD Energias renovaveis pdf Citherlet S Favre D amp Perriset B 2013 TEA Annex 56 Methodology to assess the environmental impacts of renovated buildings Universidade de Ci ncias Aplicadas do oeste da Su a colectores solares t rmicos 2014 Obtido em junho de 2014 de http projectoalfacoop no sapo pt 1d2 jpg Dahlstrom O 2011 Life Cycle Assessment of a Single Family Residence built to Passive House Standard Disserta o de Mestrado em Ecologia Industrial Norwegian University of Science and Technology Dahlstrom O Sornes K Eriksen S amp Hertwich E 2012 Life cycle assessment of a single family residence built to either conventional or passive house standard Renewable Energy 54 470 479 DECO Pro Teste 2014 Poupe na botija Obtido de DECO Pro Teste http www poupenabotija pt utm_source site amp utm_medium banner amp utm_content banner1 amp utm_campaign poupenabotija Decreto lei 118 2013 20 de Agosto d
97. ent rio Ribeiro J 2012 Esta fase aborda os efeitos ecol gicos e os efeitos na sa de humana assim como no esgotamento de recursos Segundo a norma ISO 14040 2006 esta fase est organizada em duas etapas obrigat rias classifica o e caracteriza o e duas opcionais normaliza o e agrega o Os resultados do invent rio de ciclo de vida apresentam centenas de emiss es e outros par metros relacionados com a extra o de recursos O primeiro passo consiste na 57 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios sele o das categorias de impacto que devem refletir um conjunto de quest es ambientais relacionadas com o sistema e o objetivo definido na primeira fase da LCA A etapa de classifica o consiste em distribuir os resultados obtidos na fase LCI emiss es res duos recursos pelas categorias de impacte ambiental Por exemplo o di xido de carbono CO2 o metano CH3 e xido nitroso N20 contribuem para o aquecimento global Lippiatt 2007 Contudo poss vel ter determinadas emiss es em diferentes categorias de impacte A titulo de exemplo o di xido de enxofre SO2 pode ser atribu do s categorias Sa de Humana e ou Doen as Respirat rias Mateus 2009 A caracteriza o resulta da contribui o potencial de cada um dos resultados LCI ao correspondente impacte ambiental Lippiatt 2007 Assim sendo necess rio definir fatores de caracteriza o para que
98. ento ao m todo LCA O estudo pioneiro referente ao m todo de avalia o de ciclo de vida em ingl s Life Cycle Assessment LCA foi desenvolvido no in cio da d cada de 70 por uma famosa marca de refrigerantes Santiago 2005 Esta tinha como objetivo comparar os diferentes tipos de embalagens de refrigerante de forna a selecionar o mais adequado do ponto de vista ambiental focando a preserva o dos recursos naturais Este processo de quantifica o das emiss es e recursos naturais utilizados na produ o dos produtos passou a ser denominado de REPA Resource and Environmental Profile Analysis Santiago 2005 Neste seguimento muitos investigadores passaram a estudar a metodologia REPA tendo contribu do para o seu melhoramento atrav s da introdu o de novos crit rios que possibilitaram uma melhor an lise ambiental Num estudo realizado pelo Minist rio do Meio Ambiente da Su a foi introduzido na metodologia REPA um sistema de pondera o que utilizava padr es de refer ncia para a sa de humana e para agregar dados sobre os impactos ambientais Posteriormente em 1991 com base nesse modelo foram desenvolvidos os primeiros programas inform ticos para os estudos de REPA os Okobase I e II Santiago 2005 Nos anos seguintes realizaram se v rias campanhas de marketing com base em estudos sobre LCA aos mesmos produtos mas com modelos diferentes tendo resultando numa s rie de resultados distintos que suscitou d vid
99. es sejam os principais crit rios de escolha fundamentar n o negligenciar os obst culos presentes na implanta o destes coletores como por exemplo a falta de espa o pouca insola o ou a presen a de obst culos de sombreamento em torno da casa Todos estes fatores devem ser tidos em considera o de forma a ser feita a melhor escolha 3 2 4 Concentradores solares Os concentradores solares s o normalmente utilizados em centrais solares t rmicas e n o s o utilizados para sistemas de aquecimento de edif cios devido elevada temperatura que podem atingir cerca de 300 C Roriz et al 2010 3 2 5 Coletores Parab licos Compostos CPC Os coletores CPC apresentam uma superf cie de espelhos c ncavos permitindo o aproveitamento de raios obl quos da primavera e outono ou de horas iniciais e finais do dia A concentra o da radia o solar permite ter um absorvedor com menor rea assim reduzem se as perdas t rmicas tendo em conta que estas s o proporcionais rea do absorsor em contraposi o com a rea de abertura Energia Solar t rmica 2004 3 3 Modo de liga o entre coletores solares Durante o dimensionamento de um sistema solar t rmico pode ser necess rio o uso de um ou mais pain is solares A liga o entre os coletores dever ser concebida de forma a proporcionar um equil brio hidr ulico natural e a potenciar o rendimento do coletor Roriz Rosendo Loren o amp Calhau 2010 Existem tr s confi
100. esma tipologia apresentam tamanhos diferentes Beccali 2010 A utiliza o de valores espec ficos como UF possibilita a compara o entre diferentes sistemas A t tulo de exemplo Hazami et al 2013 comparam o desempenho ambiental e energ tico de v rios sistemas apresentando como UF o m de superf cie A escolha da unidade funcional deve ser ponderada em fun o do sistema estudado Por exemplo considerar como UF de um coletor solar a energia produzida pode levar a um eco perfil diferente em fun o das condi es clim ticas do local de implanta o Beccali 2010 O Quadro 6 resume as vantagens e as desvantagens referente escolha da unidade funcional 55 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Quadro 6 Vantagens e desvantagem de Unidades Funcionais Beccali 2010 Valores relativos espec ficos Alternativas UF Valores absolutos Por unidade de Por unidade de par metro produ o de energia Preocupa se com a Fornece uma Fornece uma vis o nica e efici ncia dos base f cil para inequivoca do desempenho sistemas Os Vantagens a compara o global do sistema resultados podem ser de v rios estudado facilmente sistemas comparados Dificuldades para O perfil ecol gico est N o se comparar o desempenho dependente dos preocupa com de sistemas ou produtos par metros espec ficos Desvantagens a efici ncia com diferentes tamanhos do local condi es dos sis
101. etende aquecer Assim Interessa minimizar as perdas de energia para o exterior por condu o convec o e radia o Na tentativa de alcan ar a m xima capta o de energia e minimizar as perdas os coletores possuem um absorsor encarregue de absorver a radia o solar e de a transferir ao fluido circulante uma cobertura e uma caixa termicamente isolada para reduzir as perdas de calor para o exterior Roriz Rosendo Loren o amp Calhau 2010 Apresenta se de seguida uma an lise aos tr s principais tipos de coletores solares 3 2 1 Coletores simples Os coletores simples s o os mais f ceis de instalar S o constitu dos apenas pelo absorsor e por tubos flex veis ligados em paralelo Figura 15 Estes coletores simples do dure qc pes I 5 A apresentam uma elevada efici ncia tica mas tamb m um coeficiente de perdas elevado No entanto se o objetivo for alcan ar temperaturas baixas isto pr ximas da temperatura ambiente como por exemplo para aquecimento de piscinas estes coletores s o a solu o ideal Roriz Rosendo Loren o amp Calhau 2010 2 as E E z a Situa o em que o fluido do painel se encontra temperatura ambiente n o ocorrendo perdas por condu o convec o 22 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Figura 15 Coletor simples Roriz Rosendo Loren o amp Calhau 2010 3 2 2 Coletores planos Os coletores mais utilizados s o os
102. g ticas em fun o do sistema auxiliar Similar ao gr fico anteriormente realizado apresenta se o Gr fico 5 com os resultados da fra o solar e energia fornecida pelo sistema resultante da inclina o otimizada Neste novo gr fico constata se que a fra o solar aumentou principalmente no m s de Janeiro e no m s de Dezembro devido ao aumento do Esolar No Gr fico 6 tamb m se pode constatar uma redu o na diferen a entre a energia necess ria e a energia fornecida pelo sistema solar 112 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Solu o de Refer ncia otimizada 300 100 250 200 80 150 s 60 100 20 0 Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Fra o solar 81 Esolar 2475 KWh ano Gr fico 5 Solu o de Refer ncia otimizada fra o solar e Esolar Produ o AQS 160L dia otimiza o 300 250 200 ue 150 lt 100 50 0 Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Esolar 2475 KWh ano Wcarga Gr fico 6 Solu o de Refer ncia otimizada produ o de AQS 113 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Tabela 15 Resultados extraidos do programa desenvolvido Impactes Ambientais e Indices de sustentabilidade otimiza o Solu o 4 Do ai Solu o 1 Solu o 2 Solu o 3 Solu o 4 Impactes ambientais do sistema solar t rmico ao longo do tempo de servi o do edif cio ODP 750504 290503
103. gia 137 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Coletor padrao REH De forma a cumprir os requisitos minimos para os coletores solares impostos no Regulamento energ tico de edif cios de habita o REH procedeu se seguinte metodologia 1 Simula o atrav s do programa SolTerm dos coletores padr o 2 Simula o atrav s do programa SolTerm dos coletores da solu o proposta 3 Compara o do Esolar entre ambos os sistemas solares sistema solar com coletores padr o e sistema solar com coletores propostos 4 Se o Esolar da solu o proposta for superior ou igual ao Esolar da solu o padr o ent o a solu o alternativa poder ser utilizada A figura seguinte apresenta os resultados da simula o do sistema solar com coletores padr o a em 5 1 se de c Enho e pi ension 4 de Sis Si Solares i J o X Relat rios Editores Configura o Informa es Terminar Solar fotovoltaico Clima e local Sistemas t rmicos An lise energ tica An lise econ mica Beneficios ambientais i q Penafiel Desempenho do sistema t rmico Projecto aferi o sistema 300 for ado AP TAR Rad Horiz Rad Inclin Desperdicado Fornecido Carga Apoio i J kWh m kWh m kWh kWh kWh kWh i Janeiro 51 EE se 260 172 guardar Fevereiro 69 100 95 234 139 sgn as i Mar o 104 127 i 119 260 140 F Abril 145 159 151 251 101 oar Maio 176 173 i 167 260 93 sa 4 Junho 189 177
104. gia n o renov vel associado s fases do ciclo de vida do produto em estudo e portanto representa a contribui o do produto para o esgotamento dos recursos energ ticos n o renov veis Este indicador n o expressar os Impactos ambientais negativos Na maioria dos casos serve para demonstrar a preocupa o de um produtor particular no uso de fontes renov veis de energia em vez de fontes n o renov veis 131 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios 132 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios ANEXO HI Nova Legisla o sobre o desempenho energ tico dos edif cios de habita o Decreto lei 113 2013 133 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Nova Legisla o Portaria n 349 B 2013 excertos retirados da Portaria n 349 B 2013 Requisitos de efici ncia Os sistemas de ar condicionado bombas de calor com ciclo reversivel e chillers de arrefecimento devem obedecer aos requisitos minimos de efici ncia indicados na Tabela I 10 em fun o da sua classifica o pela certifica o Eurovent TABELA 1 10 Requisitos m nimos de efici ncia energ tica de caldeiras Tipo de equipamento Classe de efici ncia m nima ap s Unidades do tipo Chiller de j compress o Bomba de calor No caso dos sistemas referidos na al nea anterior que n o se enquadrem na respetiva categoria Eurovent mas cujo
105. gura es poss veis de liga es entre os pain is s o estas a liga o em paralelo a liga o em s rie e a liga o em paralelo de canais 3 3 1 Liga o em Paralelo Na liga o em paralelo Figura 18 os pain is encontram se posicionados entre dois tubos principais sendo um encarregue da distribui o do fluido e outro encarregue pela 25 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios recolha desse mesmo fluido Neste tipo de liga o os pain is trabalham de forma independente tendo todos o mesmo rendimento e varia o de temperatura A perda de carga total do sistema igual perda de carga de um pamel mais a perda de carga nos tubos de liga o ao painel mais afastado da origem Roriz Rosendo Loren o amp Calhau 2010 O Quadro 2 apresenta as vantagens e desvantagens deste sistema Figura 18 Liga o em paralelo AQSpP 2014 Quadro 2 Vantagens e desvantagens da liga o em paralelo Liga o em Paralelo Adapta o a qualquer coletor e Maior comprimento de tubagens Perda de carga baixa Instala o complexa Bom rendimento t rmico Custos de instala o mais elevados Liga o com n mero ilimitado de Maior n mero de acess rios coletores 3 3 2 Liga o em s rie Na liga o em s rie Figura 19 o fluido percorre todos os coletores o que implica que o primeiro painel apresentar melhor rendimento que o ultimo painel da s
106. hares de produtos cuja origem de produ o de cada produto pode estar a cargo de uma empresa diferente e por outro lado cada edif cio nico ou seja n o existe muitas padroniza es na conce o dos edif cios Kotaji Schuurmans amp Edwards 2003 Apesar do m todo LCA se destacar na rea da avalia o sustent vel dos edif cios como um m todo completo para avalia o dos impactes ambientais este n o muito utilizado pelos projetistas vendedores ou compradores Desta forma s o normalmente utilizadas ferramentas e sistemas baseados apenas nas propriedades de certos materiais como por exemplo o conte do reciclado o potencial para reciclagem e as dist ncias do local de produ o para o local de constru o Carmody Trusty Meil amp Lucuik 2007 A complexidade da maioria das ferramentas e sistemas baseados no m todo LCA leva a que estes apenas sejam utilizados por especialistas na maioria em meio acad mico Bragan a amp Mateus 2012 Encontra se atualmente no mercado produtos e edif cios que se autoproclamam de mais sustent veis que os convencionais Contudo a maior parte destes edif cios n o foi 50 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios submetido a qualquer tipo de compara o com as solu es convencionais de forma a justificar o seu r tulo de sustent vel Esta abordagem apenas um ato de marketing utilizado para potenciar a venda destes edif c
107. i o por defeito que sup e n o existe sombreamento significativo sobre os coletores 103 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios SolTerm 5 1 A Relat rios Editores Configura o Informa es Terminar Solar fotovoltaico Clima e local sistemas t rmicos An lise energ tica Penafiel Guardar Irradia o Solar Horizontal Clima de 8 Refer ncia SCE climatologia mensal Y kWh m2 3 por dia Guardar i L H Directa s rie E hnr ria de 0 H Difusa FA ON D AG Temperatura Ambiente Refer ncia SCE 30 ces Cs co Es 20 a a ca a pe oe Te a are es e ee Ajustes 0 M dia locais Minima EM Ao eo CITA S ON D EE ees Penafiel LNEG 2009 www lneg pt solterm suporte Ineg pt 41 15 N 8 30 W coordenadas nominais Figura 70 SolTerm 5 1 3 localiza o do caso de estudo A segunda etapa caracteriza se pela identifica o de todos os componentes que constituem o sistema solar t rmico Figura 71 Assim define se os coletores e a sua Inclina o as caracter sticas das tubagens o tipo de dep sito o sistema de apoio e por fim o consumo da habita o segundo os c lculos supramencionados SolTerm 5 1 An lise de desempenho e pr di Relat rios Editores Configura o Informa es Terminar Solar fotovoltaico Clima e local Sistemas t rmicos An lise energ tica An lise ec
108. ia Thermal potential and economic analysis Energy Conversion and Management 76 599 608 I P DGEG 2011 Inqu rito ao Consumo de Energia no Sector Dom stico 2010 2011 ed Instituto Nacional de Estat stica I P amp Direc o Geral de Energia e Geologia Edits Lisboa IP AQSpP D 2004 Utiliza o de Colectores Solares para Aquecimento de gua no Sector Dom stico Lisboa DGGE IP AQSpP ISO 14040 2006 Environmental management Life cycle assessment Principles and framework Geneva ISO ISO 14044 2006 Environmental management Life cycle assessment Requirements and guidelines Geneva ISO Komeco 2008 Komeco Manual de Instala o Obtido de http www solarforte com br manuais manual_solar_komeco pdf Kotaji S Schuurmans A amp Edwards S 2003 Life cycle assessment in building and construction a 122 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios state of the art report SETAC Lebe a E amp Costa J 2007 Conven o T rmica da Energia Solar Curso de Instaladores Solares T rmicos INETI Lisboa Lippiatt B 2007 Building for Environmental and Economic Sustainability Technical Manual and User Guide National Institute of Standards and Technology U S Department of Commerce Estados Unidos da Am rica Marimuthu C amp Kirubakaran V 2014 Carbon Payback Period and Energy Payback Period for Solar Water Internat
109. ida de sistemas solares t rmicos em edif cios ANEXO V Base de Dados Custos 143 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Marca SOLDIRECTO Vulcano JUNKERS Marca SOLDIRECTO Vulcano JUNKERS Marca SOLDIRECTO OLICLIMA vulcano JUNKERS Custos de equipamentos recolhidos de catalogos Tipo VH 2 1 Selectivo FKT 1S FKC 1S FKB 1S FKC 1S TSS FCB 1S TSS FCC 1S TSS FKC 2 CTE FKT 1S tipo STS 150S STS 200 S STS 300 S A1 TS 150E FCC A1 TS 150E FKB F1 TS 150E FCC A1 TS 200E FCC A1 TS 200E FKC F1 TS 200E FCC F1 TS 200E FKC A2 TS 300E FCC A2 TS 300E FKB F2 TS 300E FCC F2 TS 300E FKB TSS 150 FCB TSS 200 FCC TSS 300 FCB TS 200 E FKC Tipo SCF 150 S SCF 200 S SCF 300 S SCF 400 S SCF 500 S SCF 750 S SCF 1000 S SCF 1500 S SCF 2000 S PLUS 200 X PLUS 300 X PLUS 400 X PLUS 500 X TI 1FKC 2S 200 TI 3FKC 2S 4005 TIL 1FKT 200 TIL 2FKT 300 TIL 2FCC 300 S TIL 2FKB 300 S TIL 2FKC 2S 300 TIL 2FKC 2S SKE 290S TIL 2FKC 300S TP 2FCC 2S SKE 2905 TP 2FCC 300 S TP 2FKB 300 S TP 2FKC 2S 300 TP 2FKC SKE 290 TP 4FCC 500 A1 200 FKT A1 200 FKC 2 A1 160 FCC A2 300 FKT A2 300 FKC 2 C1 A2 300 FCC A3 400 FKC 2 C1 A3 400 FCC A4 500 FKC 2 C1 A4 500 FCC A4 500 FCB Tabela de Pre os equipamentos Area m2 2 09 2 26 2 26 2 26 225 1795 1795 2 25 2125 n2 coletores 1 PNPRPNNNNPRPRPRPRPRP RP BPN PR
110. idual SPV e Valor presente uniforme UPV e Valor presente uniforme modificado crescimento associado infla o UPV Valor presente individual SPV permite comparar diferentes gastos para diferentes tempos Figura 49 1 Py E X 17 1 r Figura 49 Ilustra o esquem tica do SPV Fuller amp Petersen 1996 Valor presente uniforme UPV relaciona um valor presente com a s rie de pagamentos uniforme e equivalente Figura 50 o Ag Ao Ag _ i 1 1 r 4 1 r To qm Ao X Lim 1 rm 18 1 r 1 19 Py Ay X 19 rx 1 1 Figura 50 Ilustra o esquem tica do UPV Fuller amp Petersen 1996 81 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Valor presente uniforme modificado UPV utilizado para montantes anuais recorrentes que n o s o uniformes ao longo do tempo mudando de ano para ano a uma taxa conhecida e Figura 51 1 e e _ m 1 e A am Ao Gene S ae 1 r Ag X Lim Er 20 1 1 e Py Ag X 2 x 1 E 21 Figura 51 Ilustra o esquem tica do UPV Fuller amp Petersen 1996 Em suma quando se utilizam custos individuais que ocorrem em uma ou varias vezes durante o per odo de estudo em intervalos superiores a um ano o fator mais apropriado o SPV Os custos que ocorrem anualmente como o caso de custo de manuten o energia e gua o fator mais apropriado o UPV ou UPV Sendo
111. io Figura 36 Sistema de coletores centralizados Miranda 2008 41 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios iv Sistema totalmente individual Este sistema constitu do por coletores individuais no telhado ou na fachada do edif cio dep sito de gua quente e sistema de apoio individuais para cada fra o Figura 37 Este sistema assemelha se ao sistema tipo monobloco dos edif cios unifamiliares Legenda 1 Sistema de termossifao Figura 37 Sistema totalmente individual Miranda 2008 3 7 Certifica o de coletores e sistemas solares t rmicos A aquisi o de um sistema solar t rmico implica no m nimo a rentabiliza o do Investimento inicial Por esta raz o necess rio garantir a qualidade do sistema de modo a maximizar o tempo de vida til do sistema reduzir os custos de manuten o e garantir o comportamento t rmico do sistema Neste contexto em 1985 foi desenvolvida em Portugal a Norma de ensaio NP 1802 para a determina o do rendimento destes sistemas vindo mais tarde a ser substitu da por Normas Europeias Carvalho 2011 Em 1996 inicia se a n vel Europeu o desenvolvimento de normas para coletores e sistemas solares t rmicos Carvalho 2011 Este processo considerou que os coletores e sistemas n o deviam de ser apenas sujeitos a normas de ensaios mas tamb m a normas de requisitos Destes trabalhos nasceram as atuais normas de produto destinadas 42
112. ional Research Journal of Environment Sciences 3 93 98 Marla Energias 2014 Obtido em junho de 2014 de http www marla pt imagens vacuo2 jpg Mateus R 2009 Avalia o da Sustentabilidade da Constru o propostas para o desenvolvimento de edif cios mais sustent veis Tese de Doutoramento em Engenharia Civil Universidade do Minho Departamento de Engenharia Civil Guimar es Miranda M 2008 Otimiza o de sistemas solares t rmicos Disserta o de Mestrado em Engenharia Civil Universidade do Porto Departamento de Engenharia Civil Porto Neiva S Mateus R amp Bragan a L 2012 Utiliza o do m todo LCA no projeto de edif cios sustent veis Congresso Constru o 2012 4 Congresso Nacional Universidade de Coimbra Faculdade de Ci ncias e Tecnologia Portaria n 349 B 2013 29 de Novembro de 2013 Di rio da Rep blica n 232 1 s rie Portaria n 349 C 2013 29 de Novembro de 2013 Di rio da Rep plica n 232 1 s rie Pr consultants 2008 SimaPro Database Manual Methods Library Amersfoort Netherlands Production Ecology Consultants Ramos J 2012 Certifica o ambiental de produtos da constru o com elevado conte do recicl vel Disserta o de Mestrado em Engenharia Civil T cnico Lisboa Lisboa REC 2014 Delivering Sustainable Solar Solutions Obtido em junho de 2014 de REC http www recgroup com pagefiles 1404 ca brochure 020911 web pdf Regula
113. ios Bragan a amp Mateus 2012 De forma a colmatar esta situa o desenvolveram se m todos de quantifica o do desempenho ambiental que apesar de n o serem consistentes com o m todo LCA est o integrados na certifica o de sustentabilidade Contudo torna se indispens vel a utiliza o de m todos mais precisos para avaliar o desempenho ambiental para posteriormente servirem de compara o com resultados provenientes da utiliza o de diferentes sistemas de certifica o Bragan a amp Mateus 2012 Segundo Bragan a e Mateus 2012 a an lise de ciclo de vida permite de um modo geral avaliar a carga de impacte ambiental associada a um determinado produto processo ou servi o durante o seu ciclo de vida Esta metodologia apesar de orientada para produtos e materiais pode tamb m ser aplicada constru o Assim sendo numa sociedade que se preocupa cada vez mais em consolidar os pilares da sustentabilidade surgiu a necessidade de desenvolver normas no dom nio da avalia o do ciclo de vida e da sustentabilidade dos edif cios De forma a definir crit rios comuns de normaliza o a n vel europeu o Comit Europeu de Normaliza o CEN estabeleceu em 2005 o Comit T cnico 350 CEN TC 350 sob o nome de Sustentabilidade da Constru o que visa desenvolver normas europeias de sustentabilidade que servir o de modelo para a avalia o de sustentabilidade de edif cios desenvolvidos dentro dos pa ses europe
114. ipo instant neo ou produ o de AQS por acumula o Exemplos do primeiro tipo de sistema s o os esquentadores e as caldeiras de gua instant neas Figura 27 Exemplos do segundo tipo s o os termoacumuladores as caldeiras de gua por acumula o e as bombas de calor Figura 27 33 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Dus md o e Hr ga aa Figura 27 1 Bomba de Calor 2 Esquentador 3 Caldeira Vulcano 2013 3 5 3 Fluido T rmico Na maioria das instala es solares o fluido Figura 28 que circula nos tubos constitu do por uma mistura de gua com um produto anticongelante por exemplo etileno glicol Este produto protege o fluido de uma mudan a de fase nos casos em que os pain is solares est o submetidos a temperaturas muito baixas Contudo tamb m apresenta algumas desvantagens em rela o gua tais como Roriz Rosendo Loren o amp Calhau 2010 e Maior viscosidade o que leva a perdas de carga maiores e Coeficiente de expans o superior o que proporciona um maior volume no vaso de expans o e Degrada o ao longo do tempo devido s altas temperaturas Figura 28 Fluido t rmico Ribeiro V 2014 34 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios O cumprimento dos crit rios definidos na manuten o dos sistemas solares em rela o a substitui o do fluido um fator importante para assegurar a efici nci
115. istem duas grandes tend ncias para avaliar os impactes de ciclo de vida atrav s de m todos interm dios e de m todos finais O primeiro m todo permite a obten o de indicadores de impacte ambiental isto o mecanismo que causa o problema Neiva et al 2012 Enquanto o segundo m todo orientado para o problema como por exemplo a sa de humana a extin o de esp cies e a disponibilidade de recursos para as gera es futuras entre outros Mateus 2009 A t tulo de exemplo s o apresentados no Quadro 7 alguns m todos intermedi rios e finais O tipo de m todo utilizado depende do objetivo do estudo Quadro 7 M todos interm dios e m todos finais M todos interm dios M todos finais CML 2 baseline 2000 Eco Indicator 99 Cumulative Energy Demand EDIP 2000 e 2003 aia Impact 2002 4 3 4 Interpreta o dos resultados 2 7 A ltima fase a interpreta o esta uma fase de reflex o onde devem ser dadas respostas as perguntas O que significam os resultados e Para que servem estes resultados Ashby 2009 Esta fase considerada a mais importante pois serve de resposta ao objetivo e ao mbito do estudo Neiva Mateus amp Bragan a 2012 Com os resultados obtidos desta fase poss vel identificar a origem dos impactes comparar solu es fazer uma an lise de poss veis melhorias e revisar e avaliar os resultados LCI Mateus 2009 59 Avalia o de ciclo de vida de sistemas sol
116. iversidade do Minho que tornaram esta passagem acad mica inesquec vel 1V Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios RESUMO A presente disserta o aborda fundamentalmente conceitos de cariz ambiental e econ mico aplicados ao ciclo de vida de sistemas solares t rmicos para guas quentes sanit rias Com este trabalho pretende se alertar os projetistas para a problem tica atual das altera es clim ticas de forma a privilegiar o uso de energias renov veis mais concretamente de energia solar Para tal ser o apresentados e discutidos conceitos e no es sobre a legisla o e o mercado dos sistemas solares t rmicos assim como os principais componentes que constituem esses sistemas No fim do estudo apresenta se uma metodologia de avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos com base numa an lise LCA e LCC que desencadeou o desenvolvimento de um programa inform tico que tem como objetivo a integra o mais r pida do sistema solar t rmico na constru o e portanto promover a sua sustentabilidade O programa permite o c lculo dos potenciais impactes ambientais tais como aquecimento global acidifica o eutrofiza o destrui o da camada de ozono energia incorporada etc decorrentes do ciclo de vida do sistema solar t rmico os impactes desse sistema ao longo do tempo de vida do edif cio e a sua viabilidade econ mica Posteriormente o programa produz um rel
117. ivity analysis energy and environmmental balances Renewable Energy 30 109 130 Ashby M 2009 Materials and the environment eco informed material choice Amsterdam Elsevier Battisti R amp Corrado A 2005 Environmental assessment of solar thermal collectors with integrated water storage Journal of Cleaner Production 13 1295 1300 Beccali M 2010 ZEA SHC Task 38 Solar Air Conditioning and Refrigeration Life Cycle Assessment of Solar Cooling Systems Universidade de Palermo Departamento DREAM Italia Braganga L amp Mateus R 2012 Life cycle analysis of buildings Environmental impact of building elements Portugal nSBE Portugal Carmody J Trusty W Meil J amp Lucuik M 2007 Life cycle assessment tool for building assemblies In Proceedings of the Sustainable Construction Materials and Practices Conference Portugal SBO7 Lisboa Portugal Carrilho da Gra a 2004 Brisa Carcavelos Portugal Obtido de Carrilho da Gra a Arquitectos http jlcg pt additional_work brisa Carvalho M 2011 Assegurar a qualidade em sistemas solares t rmicos certifica o de sistemas solares e seus componentes Renov veis Magazine 119 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Castiajo S 2012 Metodologia de manuten o de edif cios Sistemas Solares T rmicos Disserta o de Mestrado em Engenharia Civil Universidade do Porto Departamento de Eng
118. ivo principal deste trabalho desenvolver um programa capaz de avaliar os benef cios ambientais e econ micos resultantes da integra o de sistemas solares t rmicos em edif cios utilizando uma metodologia de avalia o de ciclo de vida LCA Para isso ser necess rio estudar o ciclo de vida completo dos sistemas solares t rmicos mais usuais em Portugal fazendo uma an lise detalhada de todos os Impactes resultantes destes sistemas Posteriormente uma an lise do tempo de retorno ambiental energ tico e econ mico levar resposta da problem tica proposta Qual a rela o custo benef cio econ mica e ambiental destes sistemas e qual o seu contributo para o ciclo de vida dos edif cios Com estes resultados pretende se auxiliar os projetistas na an lise de ciclo de vida dos sistemas solares t rmicos de modo a tomarem a melhor decis o escolha do sistema em prol da otimiza o do desempenho destes sistemas Um outro objetivo deste trabalho consiste na cria o de uma metodologia padr o capaz de auxiliar os projetistas na quantifica o dos impactes ambientais e econ micos Esta metodologia ser posteriormente integrada numa aplica o inform tica para usufruo dos projetistas A metodologia proposta foi desenvolvida com base nas normas atuais nomeadamente a n vel ambiental nas normas internacionais ISO 14040 2006 e ISO 14044 2006 e na norma EN 15804 2012 desenvolvida pelo CEN TC 350 que se destina a avaliar a sus
119. jeto mais eficaz ser o que tiver o maior NS 6 4 2 Racio entre poupan a e investimento SIR O SIR em ingl s Savings to Invest Ratio uma medida de desempenho econ mico de uma alternativa de projeto que relaciona a poupan a atribu da alternativa de projeto com os custos adicionais de investimento associados a essa alternativa Para o c lculo do SIR utiliza se a express o 23 AE AW AM SIR Alo ARepl ARes 23 Onde AE Ep Ea Poupan a de energia da solu o alternativa AW Ws W a Poupan a de gua da solu o alternativa AM Mg Ma Poupan a ou aumento dos custos de manuten o da solu o alternativa Alo la lp custos adicionais de investimento requerido pela alternativa ARepl Repla Repls Custos Adicionais de Reposi o ARes Resa Resp Valor adicional do valor Residual 83 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Em suma uma alternativa de projeto economicamente vi vel quando o SIR maior que 1 nesse caso as poupan as s o maiores que os custos de investimento 6 4 3 Taxa interna de retorno modificada TIRM Nesta t cnica de avalia o econ mica calcula se uma taxa de juro de modo a igualar o valor de um investimento valor presente com os seus respetivos retornos futuros A taxa interna de retorno TIR em ingl s Internal Rate of Return pode ser calculada a partir da express o 24 a Fn PEE n 1 Gripe Investimento Inicial
120. lia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Solucao de Refer ncia 300 100 250 200 80 150 z 60 100 40 50 20 0 Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez E Fra o solar 79 7 Esolar 2434 KWh ano Gr fico 3 Solu o de Refer ncia fra o solar e Esolar Produ o AQS 160L dia 300 250 200 150 L 100 50 0 Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Esolar 2434 KWh ano carga Gr fico 4 Solu o de Refer ncia produ o de AQS 106 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Realizou se o mesmo procedimento de simula o para as restantes solu es e obtiveram se os seguintes resultados Tabela 12 Desempenho dos Sistemas SolTerm 5 3 1 Estimativa de Desempenho atrav s do Programa Solterm Estimativa de desempenho do sistema solar proposto Solu o 5 E z ss Tipo de sistema crease Cuculacae Termossifao Termossifao Termossifao for ada for ada Bomba de Caldeira Resist ncia Resist ncia Resist ncia Energia auxiliar calor g s butano el trica el trica el trica COP 4 3 n 93 6 n 93 n 93 n 93 2 2 3 KB 2 ESolar K Wh ano 2434 2090 2358 2173 1954 Produtividade K Wh m 502 462 529 557 553 coletor Necessidades energ ticas em fun o do sistema auxiliar DO O Neide energiens on do sistema moriar O OOO Analisando a Tabela 12 constata se que o sistema com necessidades energ ticas menore
121. lise do metodo LCA ies ee aces 53 4 3 1 Defini o de objetivo e mbito ccssseeecccaeeeecececaaeeeeeeeeeaaeeseeesssaeaees 54 4 3 1 1 Unidade Funcional UR aa aa ner acc na Nasa ecsanos 55 4 3 1 2 TIMES dO SISTEMA sean asa d caia alice died adiada dica pen fica na 56 4 3 2 Invent rio de ciclo de vida LCD res reeeere rea rea 57 4 3 3 Avalia o dos impactes de ciclo de Vida cccccsescccccsseeeeeseeeceeeseseessaeesees 57 PARTE II Metodologia aplicada Capitulo 5 Avalia o do ciclo de vida de Sistemas Solares T rmicos 61 3L Fotad AMUN TNO ar ris E 61 5 2 Avalia o do ciclo de vida de edif cios c ccccccccssssseeeseeececcceeeeeeeeeaaaaaeeseeseeeeees 61 5 2 1 Fase de produ o dos materiais cc erre reerrrrerenanaaoo 63 5 2 2 Fase de constru o do edif cio rr rrrrreee eee e eae 63 5 2 3 Fase de opera o do edif cio ccccccccccccsssssssensssssseseeneeccccceessasaeaceaanssssesesees 63 Seed Man N AO ess A ed our ables neha da ie 64 5 2 4 Fase de fim de vida do edif cio e ereeeeeeerrreeeeer eee 65 5 3 Integra o de sistemas solares t rmicos em edif cios cccccceeeseesseeeeeeeeeees 65 5 4 Avalia o do ciclo de vida de sistemas solares t rMicoS cccccccssssseeeeeeeeeees 66 5 4 1 Defini o de objetivo e mbito 2 00 0 eee ccccccccennee
122. ma e Procedimentos de aloca o e Requisitos dos dados e Hip teses de limita es e Avalia o de impacte e quando necess rio a metodologia a ser adotada 54 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios A LCA uma t cnica iterativa pelo que o mbito do estudo pode ser modificado A complexidade do estudo e a recolha de nova informa o pode justificar tal modifica o Ribeiro J 2012 4 3 1 1 Unidade Funcional UF O primeiro passo para uma avalia o do ciclo de vida consiste na escolha da unidade funcional Segundo a norma ISO 14040 2006 o principal objetivo de uma unidade funcional fornecer uma refer ncia para que os fluxos estejam relacionados A utiliza o de uma base comum assegura a compatibilidade dos resultados de LCA quando se avaliam sistemas diferentes Beccali 2010 No entanto a escolha da UF nem sempre imediata e nica V rias op es podem ser manipuladas conduzindo a resultados muito diferentes Ardente Beccali Cellura amp Brano 2005 Desta forma a UF pode eventualmente referir se a todo o sistema ou a valores espec ficos No primeiro caso a utiliza o de todo o sistema como UF pode levar a um eco perfil completo do produto a t tulo de exemplo os autores Battisti 2005 e Ardente 2005 utilizam como unidade funcional o coletor solar Contudo esta abordagem apresenta algumas limita es na compara o de sistemas que apesar de terem a m
123. mance Coeficiente de Efici ncia Energ tica CQNUAC Conven o Quadro das Na es Unidas sobre Altera es Clim ticas DGEG Dire o geral de Energia e Geologia Esolar Contribui o de sistemas solares t rmicos para o aquecimento de AQS ESTIF European Solar Thermal Industry Federation GEE Gases de efeito de estufa IEA International Energy Agency ISO International Organization for Standardization kWh ano Quilowatt hora por ano LCA Life Cycle Assessment LCC Life Cycle Cost NS Net Saving REH Regulamento de Desempenho Energ tico dos Edif cios de Habita o REN Redes Energ ticas Nacionais REPA Resource and Environmental Profile Analysis SETAC Society of Environmental Toxicology and Chemistry SIR Savings to Invest Ratio TIRM Taxa Interna de Retorno Modificada TR Tempo de Retorno xili X1V INDICE DE FIGURAS Figura 1 Conceito de Desenvolvimento Sustentavel ssusssnssisner nans 6 Figura 2 Reparti o do consumo de energia final por sector ceeccceeeeeeceeeeeeeneeeeeenees 8 Figura 3 Distribui o do consumo de energia no sector dom stico por tipo de utiliza o POUS ak ZOO a cerh ices asianss Go og a E chasomanth Seetaabak 9 Figura 4 Produ o de eletricidade por fontes em Portugal 2012 ieee eee 11 Figura 5 Produ o de eletricidade por fontes em Portugal 2013 11 Figura 6 Peso das fontes de
124. mento delegado UE N 244 2012 16 de Janeiro de 2012 Jornal Oficial da Uni o Europeia Revista Energia Solar n 53 Jan Abr de 2004 Destac vel n 4 Ribeiro J 2012 Sustentabilidade dos produtos de constru o Aplica o da an lise do ciclo de vida a um perfil de alum nio Disserta o de Mestrado em Engenharia Civil Universidade Nova de Lisboa Faculdade de Ci ncias e Tecnologia 123 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Ribeiro V 2014 Dimensionamento de instala es solares t rmicas em edif cios Disserta o de Mestrado em Engenharia Civil Universidade do Porto Departamento de Engenharia Civil Porto Roriz L Rosendo J Loren o F amp Calhau K 2010 Energia Solar em Edif cios Alfragide Edi es Orion Santiago L 2005 Avalia o do ciclo de vida Obtido em Maio de 2014 de Avalia o do ciclo de vida http acv 1bict br sobre historico htm document view Soares B Souza D amp Pereira S 2006 A avalia o do ciclo de vida no contexto da constru o civil In Colet nea Habitare vol 7 Constru o e Meio Ambiente Solar Keymark 2010 O R tulo de Qualidade para os Produtos Solares T rmicos na Europa Obtido em Maio de 2014 de Solar Keymark http www estif org solarkeymarknew images downloads brochures brochure a5 pt pdf Sornes K 2011 Life Cycle Assessment of a Single Family Residence built to Passiv
125. mo por exemplo um esquentador para aquecimento apenas de AQS o dep sito de acumula o n o tem permutador 32 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Para sistemas indiretos com sistema auxiliar que mant m a temperatura pr definida como por exemplo uma caldeira ou uma resist ncia o dep sito de acumula o ter um permutador Nos sistemas respons veis pelo aquecimento de AQS e pela climatiza o da habita o o dep sito de acumula o ter dois permutadores O circuito do painel fica na base do dep sito e o circuito do sistema de apoio fica colocado mais pr ximo do topo do dep sito Figura 26 gua Quente Circuito Solar _ Agua fria da rede Figura 26 Dep sito de acumulador com dois permutadores Ribeiro V 2014 A capacidade do dep sito de acumula o a ser utilizado no sistema solar t rmico deve ser 1 5 a 2 vezes a quantidade de gua quente di ria utilizada na habita o Roriz Rosendo Loren o amp Calhau 2010 3 5 2 Sistemas Auxiliares Os sistemas solares t rmicos nem sempre fornecem a energia necess ria para a prepara o de AQS No caso de aus ncia de radia o ou nos momentos de pico de consumo necess rio que o sistema solar seja auxiliado por um equipamento de apoio que d total prioridade utiliza o de energia proveniente do sol e que funciona apenas para compensar a energia em falta Os sistemas auxiliares podem ser do t
126. nas andaimes gruas etc para o local da obra e toda a energia e materiais necess rios para a constru o do edif cio Dahlstrom Sornes Eriksen amp Hertwich 2012 Segundo Citherlet et al 2013 o edif cio constitu do por todos os elementos estruturais internos e externos Exemplos de elementos estruturais parede divis ria parede exterior 5 2 3 Fase de opera o do edif cio Esta fase compreende o per odo durante o qual o edif cio utilizado pelos ocupantes ou seja corresponde ao tempo de vida til do edif cio O edif cio em opera o utiliza gua eletricidade e energia proveniente de sistemas alternativos durante o seu tempo de vida til Dahlstrom 2011 Para al m disso esta fase inclui a manuten o a reabilita o e a substitui o dos materiais de constru o Citherlet Favre amp Perriset 2013 A integra o dos sistemas solares t rmicos feita nesta fase assim como outros sistemas de aquecimento Figura 1 Para avaliar todos os Impactes ambientais de ciclo de vida na fase de opera o do edif cio os seguintes processos devem ser contabilizados Citherlet Favre amp Perriset 2013 e A energia consumida pelos sistemas t cnicos relacionada com o conforto dos ocupantes ou seja a energia despendida para aquecimento das guas dom sticas e aquecimento e arrefecimento do ambiente durante a fase de opera o do edif cio O consumo de energia desses sistemas pode ser composto
127. nen Huovila Tattari Vares Sepp l amp Koskela 2002 49 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios A utiliza o da LCA para um produto n o pode ter uma abordagem standard quando aplicada a um edif cio Ou seja n o se pode considerar que obras da engenharia que geralmente s o caracterizadas por uma vida til que se estende por d cadas ou at s culos sejam abordadas da mesma forma que um produto industrial que normalmente apresenta uma curta vida til Assim sendo necess rio haver algumas altera es no desenvolvimento de estudos LCA quando aplicados a edif cios Soares Souza amp Pereira 2006 Em 1997 segundo o relat rio do Diret rio Geral para Ci ncia Pesquisa e Desenvolvimento da Comiss o Europeia a metodologia LCA quando aplicada a edif cios deve assentar numa adapta o ao contexto temporal e estrutural de forma a poder ser utilizada em v rias ou apenas numa fase do ciclo de vida da edifica o Assim poss vel idealizar que todas as etapas construtivas de uma obra passariam por uma avalia o de ciclo de vida de modo a considerar a menor repercuss o ambiental associada s seguintes fases do ciclo de vida do edif cio Constru o utiliza o e demoli o Soares Souza amp Pereira 2006 Na pr tica a aplica o deste m todo aos edif cios torna se bastante trabalhosa e complexa pois por um lado um edif cio incorpora centenas ou mesmo mil
128. ngulo da altura solar ao longo do dia o que na pr tica se traduziria no movimento constante dos pain is solares Visto que a maioria dos pain is n o se movem necess rio encontrar um ponto de equil brio em fun o do local do seu clima e da utilidade do sistema solar Em suma a Tabela 1 apresenta as inclina es ideais para cada caso de utiliza o Tabela 1 Inclina o de coletores solares IP AQSpP 2004 Utiliza o Inclina o Ver o casa de f rias hot is de praia Latitude 15 Inverno aquecimento ambiental Latitude 15 Anual guas quentes sanit rias Latitude 5 Os coletores solares devem estar orientados de forma a aproveitar a m xima radia o incidente Estes devem estar orientados a Sul geogr fico n o coincidente com o Sul magn tico definido pela b ssola sendo que desvios at 20 relativo orienta o Sul n o afetam gravemente o rendimento e a energia t rmica fornecida pelo equipamento solar Lebefia amp Costa 2007 19 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios 3 1 3 Obstru o Solar Para a determina o das coordenadas solares azimute e altura Solar recorre se ao uso de cartas solares Estas representam o percurso do sol na ab bada celeste nas diferentes horas do dia e per odos do ano Na Figura 13 apresenta se um exemplo de uma carta solar As linhas curvas horizontais representam os meses e as verticais as horas do dia
129. num plano terrestre depende do ngulo solar da massa atmosf rica que a radia o tem de passar da altitude do lugar e da concentra o de vapor nuvens e aeross is na atmosfera Figura 10 Figura 10 Radia o Solar Empresa Eficiente 2014 A quantidade de energia solar recebida por uma superf cie terrestre num local e data pr definidos condicionada pela dire o dos raios solares Se se considerar um dia de c u limpo ao meio dia com uma radia o de 1000 W m e se a altura solar for de 90 na vertical obt m se uma radia o de 1000W por Im de solo ou seja a rea sobre a qual a energia se distribui m nima e a insola o m xima Figura 11 Caso a altura solar seja menor ngulo da figura a mesma radia o distribuir se por uma rea maior de solo proporcionando uma menor insola o Figura 11 No ab ny s yy X Horizonte Figura 11 Incid ncia Solar Filho amp Saraiva 2003 18 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios A Figura 12 esquematiza a varia o da altura solar ao longo do dia em fun o das esta es do ano No Ver o a altura solar ser quase perpendicular ao horizonte ao passo que no inverno a inclina o dos raios ser maior e por conseguinte obt m se uma menor altura solar Primavera Figura 12 Altura Solar Electr nica 2014 O ngulo ideal para um coletor solar seria igual ao
130. o Regulamento de Desempenho Energ tico dos Edif cios de Habita o REH O antigo regulamento t rmico RCCTE j considerava obrigat rio o uso de sistemas solares t rmicos para aquecimento das 70 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios AQS Assim este novo regulamento apenas apresenta melhorias e novos requisitos na contabiliza o da energia para prepara o das AQS Na Figura 46 apresenta se a o processo de c lculo para a determina o dessa energia Consumo m dio di rio de AQS Maos Energia til despendida com sistemas convencionais de prepara o de AQS Q Necessidades energ ticas para prepara o de AQS Nags Figura 46 Metodologia de c lculo das necessidades energ ticas para AQS i Consumo m dio di rio de AQS Mags Segundo o antigo regulamento t rmico o n mero convencional de ocupantes de cada fra o aut noma dado conforme a tipologia do edif cio tal como representado na Tabela 7 Tabela 7 N mero de ocupantes em fun o da tipologia da fra o Quadro VI 1 do RCCTE O consumo m dio di rio de refer ncia de AQS calculado de acordo com o Despacho extrato n 15793 I 2013 pela express o 6 Mags 40 x n de ocupantes X fen 6 Onde N de ocupantes Tabela 7 fen Fator de efici ncia Tabela 8 71 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios O fator de efici ncia h drica aplica se a
131. o acontece com o custo da energia que ja aparece preenchido pelo programa em fun o do sistema auxiliar utilizado Os custos da energia correspondem a valores m dios retirados do EUROSTAT e Deco Pro Teste Para os custos de manuten o s o apresentados dois planos de manuten o Estes planos foram extra dos do estudo econ mico de manuten o de um sistema solar t rmico realizado por Castiajo 2012 e podem ser consultados no Anexo V Apesar de este estudo n o considerar a taxa de desconto nem a taxa de infla o da energia o programa ja realiza essa contabiliza o Segundo Castiajo 2012 o primeiro plano inclui os pre os do contrato de manuten o durante os primeiros 6 anos de servi o do equipamento Terminados os seis anos de contrato obrigat rio contabilizou se para os 14 anos seguintes os custos relativos as interven es da equipa t cnica Estas 94 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios interven es englobaram os custos de desloca o inspe o limpeza medidas de substitui o medidas corretivas e medidas p s ativas Este plano de manuten o encontra se no programa e pode ser acedido pelo utilizador atrav s da sele o do plano Na totalidade pelo T cnico tal como apresentado na Figura 62 Edificio Sistema Solares t rmicos An lise Ambiental e Energ tica An lise Econ mica Relat rio Final Dados t cnicos Taxa de desconto 2 Valor de Repara
132. o asp Empresa Eficiente 2014 Energia Solar T rmica Obtido em Junho de 2014 de Empresa Eficiente http www empresaeficiente com images empresas tecnologias 22 img_O1 jpg EN 15643 1 2010 Sustainability of construction works Sustainability assessment of buildings Part 1 General framework EN 15643 2 2010 Sustainability of construction works Assessment of buildings Part 2 Framework for the assessment of environmental performance EN 15804 2012 Sustainability of construction works Environmental product declarations Core rules for the product category of construction products Energia Lateral 2014 Energia solar t rmica Obtido em junho de 2014 de Energia Lateral http www energialateral pt img top_energia_solar_termica jpg Energia Solar t rmica 2004 Energia Solar t rmica Manual sobre tecnologias projeto e instala o Obtido em Julho de 2014 de http www marioloureiro net tecnica energSolar guia tecnico manual solartermico pdf ESTIF Gulho de 2014 Solar Thermal Markets in Europe Trends and Market Statistics 2013 Obtido de ESTIF http www estif org fileadmin estif content market data downloads solar thermal markets2013 _vO1 pdf EUROSTAT 2013 Pre o da Eletricidade para consumo dom stico Obtido de EUROSTAT http epp eurostat ec europa eu tgm table do tab table amp plugin 1 amp language en amp pcode ten001 15 121 Avalia o de ciclo de vida de sistema
133. o de energia el trica proveniente de fontes de energia renov veis contabilizava no final de Janeiro de 2014 91 do consumo final em Portugal Continental A n vel Europeu apresenta se na Figura 7 um estudo realizado em 2011 sobre a utiliza o de fontes renov veis para a produ o de energia el trica nos 27 Estados Membros da Uni o Europeia Nesse gr fico destaca se a Alemanha como o maior produtor de energia atrav s de fontes renov veis Portugal aparece entre os pa ses da Europa com menor produ o de eletricidade com recurso a fontes de energias renov veis salientando se o facto do uso de energia solar ser praticamente nulo 12 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios TWh 140 0 we 120 0 100 0 Hidrica Y E lica 80 0 Solar 60 0 Oceano a amp Biomassa 40 0 ae A Geot rmica Q9 oo iang a m a ns og a a ad O do Do O gt OD AD LAD ADM AO DD cP SS PDDE BP PMP PS DES SP SLO LD NS AS SS SP IPG LRP A SPAS DS LSD o SN lt SSI AX APS WPS nd A DADE DS FP as os SS OSS SS RS 8 gt ra pr or O K P amp o Y Q lt S Figura 7 Utiliza o de energias renov veis nos 27 Estados Membros da UE em 2011 APREN 2014 2 4 Energia solar em edif cios A energia solar uma fonte indispens vel para a sobreviv ncia da humanidade tratando se de um recurso praticamente inesgot vel e constante DGEG 2007 A radia o solar pode ser aproveitada par
134. o neste trabalho Cap tulo 7 5 4 2 2 Fase de utiliza o A fase de utiliza o do sistema solar t rmico corresponde fase de utiliza o do edif cio nesta fase que s o implementados dos sistemas solares t rmicos em edif cios Tal como ja referido a energia consumida pelos sistemas solares t rmicos ou seja a energia secund ria e a energia auxiliar deve ser contabilizada An logo ao realizado na fase de produ o apresenta se na Tabela 6 os resultados LCIA referentes produ o de IM de calor em diferentes sistemas solares t rmicos A base de dados inclui a manuten o do sistema e a energia utilizada para a fase de opera o salientando se que o sistema de aquecimento auxiliar n o est inclu do 69 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Tabela 6 Avalia o dos impactes do ciclo de vida de sistemas solares t rmicos Fase de utiliza o Utiliza o Categorias dos impactes ambientais no LCA Energia incorporada ADP GWP ODP AP POCP ADP_FF ERE Calor util de um Sistema solar t rmico com coletores planos para 2 00E 05 2 90E 03 4 11E 10 2 30E 05 1 41E 06 1 69E 05 5 67E 02 1 14E 00 AQS resid ncia multifamiliar i o am Calor til de um Sistema solar t rmico com coletores planos para 7 45E 05 1 02E 02 1 12E 09 AQS resid ncia unifamiliar Calor til de um Sistema solar t rmico combinado com 5 50E 05 7 72E 03 9 86E 10 5 16E 05 3 41E 06 3 57E 05 1 87E 01 1 15
135. o sistema solar t rmico Nao se consideraram custos de repara o individual nem de valor residual Para o valor do investimento inicial do sistema consultou se o cat logo da Vulcano ANEXO V Neste caso considerou se que as tarefas de limpeza e lubrifica o dos componentes do sistema estavam a cargo do propriet rio assim sendo optou se pelo plano de manuten o T cnico apenas nas substitui es Edificio Sistema Solares t rmicos An lise Ambiental e Energ tica An lise Econ mica Relat rio Final Dados t cnicos Taxa de desconto Valor de Repara o Taxa de Atualiza o Energia Ano da repara o 1 20 EH Pre o da Energia KWh l Valor Resitual o 0 Valores m dios Eurostat e Deco o E Vida til do Sistema 15 20 anos BEN Investimento Inicial 4987 Usar base de dados Base de dados para resid ncias unifamiliares Plano de Manuten o Na totalidade pelo T cnico T cnico apenas nas substitui es C Outros Plano Anual de Custos de Manuten o e eee LCC Sistema Solar t rmcio 6778 32 Tempo de Retorno anos 12 59 Sir gt 1 0 96 Solu o economicamente pouco vi vel selecionar um TIRM Z sistema t rmico mais adequado NS 221 27 Figura 76 Preenchimento do separador An lise Econ mica Por fim obteve se o relat rio final Figura 77 gerado pelo programa No ANEXO VI apre
136. olvimento dos principais mercados Capacidade de coletores rec m instalados per 1000 Capitao a hea Ra aa 15 Gr fico 3 Solu o de Refer ncia fra o solar e Esolar ccc ccccceeccceeseceseeeceeneeeaeees 106 Gr fico 4 Solu o de Refer ncia produ o de AQS cecc ii eerrererreeeanea 106 Gr fico 5 Solu o de Refer ncia otimizada fra o solar e Esolar 113 Gr fico 6 Solu o de Refer ncia otimizada produ o de AQS ceccccecccseeeceeeeeeeeees 113 XXIII XXIV Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios PARTE I Apresentacao e Enquadramento da Dissertacao Capitulo 1 Introdu o 1 1 Enquadramento Relevancia da tematica Segundo a Ag ncia Portuguesa do Ambiente as altera es clim ticas t m vindo a ser identificadas como uma das maiores amea as ambientais sociais e econ micas que o planeta e a humanidade enfrentam na atualidade APA 2014 O aumento da temperatura global pode resultar numa catalisa o de efeitos ambientais devido ao aumento da intensidade e frequ ncia de eventos clim ticos extremos Inevitavelmente as altera es clim ticas resultantes da emiss o de gases de efeito de estufa que por sua vez resultam do consumo excessivo de combust veis fosses levaram a humanidade a refletir sobre o seu contributo ambiental Assim sendo ao longo das ltimas d cadas os pa ses t m vindo a debater pol
137. on mica Benef cios ambientais m Projectos aferi o sistema 300 for guardar apagar O g Electricidade segunda a sexta RCCTE residencial 4 ocupantes 2 x Vulcano FKT 2S ownsuo gt configuracao Eur fim de semana sem dep sito RCCTE residencial 4 e de a o ocupantes C ki P kit do abastecimento rejei o multi bomba Penafiel sombreamentos por defeito Campo de colectores Equipamento Configura o do painel Vulcano 2 colectores 4 9 m FKT 25 x 3 4 kW nominal Inclina o 24 montagem fixa CP Azimute Sul S abertura 2 43 m2 al 3 863 W m2 K ie No 0 79 a2 0 0130 W m2 K2 4 gt sugerir Figura 71 SolTerm 5 3 1 caracteriza o do sistema solar 104 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Recorrendo an lise energ tica do programa obteve se o desempenho do sistema t rmico ao longo do ano Figura 72 Constata se que com a implementa o deste sistema seriam produzidos cerca de 2434 KWh ano resultando numa fra o solar m dia de 79 7 Relat rios Editores Configura o Informa es Terminar Solar fotovoltaico Penafiel Desempenho do sistema t rmico Projecto aferi o sistema 300 for ado Rad Horiz Rad Inclin Desperdi ado Fornecido Carga Apoio kWh m kWh m kWh kWh kWh kWh Janeiro 51 77 E 136 260 124
138. os sistema totalmente centralizado sistema solar centralizado com apoios individuais sistema de coletores centralizados e sistema totalmente individual 39 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios 1 Sistema Totalmente Centralizado Este sistema constitu do por coletores comuns colocados no telhado ou nas fachadas do edif cio dep sito de gua quente comum e sistema de apoio comum constitu do normalmente por uma caldeira a g s Figura 34 Legenda 1 Campo de coletores 2 Dep sito 3 Sistema de apoio Figura 34 Sistema Totalmente Centralizado Miranda 2008 11 Sistema solar centralizado com apoios individuais Este sistema constitu do por coletores comuns no telhado ou na fachada do edif cio dep sito de gua quente comum e sistema de apoio individual esquentador caldeira mural ou termoacumulador para cada fra o em linha com o dep sito Figura 35 40 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Legenda 1 Campo de coletores 2 Dep sito 3 Sistema de apoio Figura 35 Sistema solar centralizado com apoios individuais Miranda 2008 11 Sistema de coletores centralizados Este sistema constitu do por coletores comuns no telhado ou na fachada do edif cio dep sitos de gua quente e sistemas de apoio individuais para cada fra o Figura 36 Legenda 1 Campo de coletores 2 Dep sito 3 Sistema de apo
139. os impactes dos sistemas solares t rmicos at sua Integra o nos edif cios Finalizando com o processo de c lculo dos indices de sustentabilidade No ultimo cap tulo da Parte II apresentam se os conceitos e m todos de c lculo para uma an lise econ mica A Parte III desta disserta o corresponde a uma sec o mais din mica pois apresenta se o programa inform tico desenvolvido com origem na metodologia proposta No final procede se sua aplica o a um caso de estudo No cap tulo 7 s o estruturados todos os passos para a utiliza o do programa formulando um manual de utilizador No cap tulo 8 desenvolve se a aplica o da metodologia e a otimiza o do sistema solar t rmico a aplicar numa moradia unifamiliar a construir em Penafiel Por fim a Parte IV constitu da pelo cap tulo 9 apresenta as conclus es desta disserta o e uma an lise aos objetivos propostos no in cio do trabalho S o tamb m apresentadas propostas para trabalhos futuros no mbito desta disserta o Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Capitulo 2 Defini es e Fundamentos de Energia Solar 2 1 Altera es Clim ticas Desde o marco hist rico que foi a revolu o industrial at ao final do seculo passado o planeta sofreu metamorfoses que levaram ao aparecimento de diversos fen menos clim ticos e a altera es d
140. os n o s o a nica fonte de energia renov vel assim sendo a Incorpora o no programa de outra fonte de energia renov vel poderia ser uma mais valia para os projetistas Como por exemplo os sistemas fotovoltaicos 117 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios 118 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Refer ncias Bibliograficas ADENE DGE amp INETI 2001 Agua Quente Solar para Portugal Lisboa Alves M 2011 Desenvolvimento de um simulador de consumos de energia el trica ao nivel do sector da habita o com capacidade para sugerir deslastre de cargas Disserta o de Mestrado em Engenharia Mec nica Universidade T cnica de Lisboa Departamento de Engenharia Mec nica Lisboa APA 2014 Altera es Clim ticas Obtido em Fevereiro de 2014 de Portal da Ag ncia Portuguesa do Ambiente http www apambiente pt index php ref 16 amp subref 8 amp sub2ref 117 APISOLAR 2013 Observat rio Solar T rmico Obtido de gua Quente Solar http www aguaquentesolar com fich 18 ST Pt2013 fntApisolar pdf APREN 2014 Renov veis voltam a atingir recordes no primeiro m s de 2014 Comunicado de imprensa Lisboa AQSpP 2014 gua Quente Solar Obtido em junho de 2014 de http www aguaquentesolar com index asp Ardente F Beccali G Cellura M amp Brano V 2005 Life cycle assessment of a solar thermal collector sensit
141. pelo consumo de energia principal pelo consumo da energia secund ria para 63 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios auxiliar na produ o de energia necess ria e pelo consumo de energia auxiliar No caso de sistemas solares t rmicos para AQS a principal fonte de energia o sol a fonte de energia secund ria pode prover de eletricidade ou de g s e a energia auxiliar pode prover de eletricidade Assim sendo para a energia solar t rmica somente a energia secund ria e a energia auxiliar contribui para a LCIA do edif cio visto a energia principal n o ter nenhum impacte ambiental A energia produzida e despendida pelo edif cio necess ria para calcular os benef cios e cargas para al m dos limites do sistema Este c lculo ocorre quando o edif cio integra sistemas para a produ o de energia no local e exporta para fora dos limites do edif cio A energia consumida por outros equipamentos t cnicos instalados para suportar a opera o de um edif cio conforme definido na EN 15978 2011 por exemplo a ilumina o artificial elevadores etc 5 2 3 1 Manuten o A LCIA do edif cio tamb m influenciada pela vida til dos materiais de constru o e equipamentos A defini o do tempo de vida til do edif cio condiciona o n mero de substitui es necess rias No caso dos sistemas solares t rmicos considera se que o tempo de vida til varia entre 15 a 25 anos Hang Qu
142. penho ambiental Os trabalhos protagonizados pela CEN TC 350 n o se restringem apenas a uma avalia o de impactes ambientais Este comit tem a responsabilidade desenvolver m todos padronizados que descrevam uma metodologia adequada para avaliar o desempenho ambiental dos edif cios e custo do ciclo de vida dos edif cios bem como os aspetos de desempenho ligados sa de e conforto nos edif cios Dias 2011 Como resultado destes trabalhos foram tamb m desenvolvidas as seguintes normas e EN 15643 3 2012 Sustentabilidade das obras Avalia o de edif cios Parte 3 Estrutura para a avalia o do desempenho social e EN 15643 4 2012 Sustentabilidade das obras Avalia o de edif cios Parte 4 Estrutura para a avalia o do desempenho econ mico N o obstante da realidade estas normas podem n o ser perfeitas contudo s o as primeiras normas europeias a servirem de modelo para a avalia o da sustentabilidade da constru o Dias 2011 4 3 An lise do m todo LCA De encontro com a tem tica desta disserta o ser realizada uma an lise do m todo LCA referenciando a sua aplicabilidade a sistemas solares t rmicos Segundo as normas Internacionais ISO 14040 2006 e ISO 14044 2006 a execu o de uma an lise LCA deve seguir as seguintes etapas Figura 42 a saber e Defini o de objetivo e mbito e Invent rio de ciclo de vida e Avalia o do impacte de ciclo de vida e Interpreta o 5
143. que o UPV seria utilizado para custos recorrentes com o mesmo valor todos os anos e o UPV para custos recorrentes com valores graduais ao longo dos anos 6 4 Medidas Suplementares A escolha de um projeto entre v rias outras alternativas exige medidas suplementares para medi o do desempenho econ mico de cada alternativa Assim sendo com o mesmo conjunto de dados introdut rios para a an lise LCC poss vel calcular as seguintes medidas e Poupan a l quida Net Saving NS e Racio entre poupan a e investimento Savings to Invest Ratio SIR 82 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios e Taxa interna de retorno modificada Adjusted internal rate of return TIRM e Per odo de retorno Payback Period PR Os m todos NS e SIR n o s o habitualmente usados em Portugal pelo que n o apresentam acr nimo em portugu s neste caso ser o apresentadas com a sua denomina o anglo sax nica 6 4 1 Poupan a l quida poupan a l quida ou o seu termo em ingl s Net Saving NS calcula o valor l quido da poupan a que uma decis o de investimento espera obter durante o per odo de estudo Para se calcular o NS basta efetuar a diferen a entre o LCC do caso base LCCp e o LCC da alternativa LCCA tal como apresentado na express o 22 NS LCC LCC 22 A decis o de aceita o ou rejei o da alternativa deve ser tomada em fun o do valor de NS ou seja o pro
144. rundtland World Commission on Environment and Development 1987 como o desenvolvimento que satisfaz as necessidades atuais sem comprometer a capacidade das gera es futuras para satisfazerem as suas pr prias necessidades O desenvolvimento sustent vel atualmente um conceito muito mais amplo baseando se na liga o de tr s dimens es o desenvolvimento econ mico a coes o social e a prote o ambiental Mateus 2009 Segundo a Dire o Geral de Energia e Geologia 2007 a estas tr s dimens es deve ainda acrescentar se a vertente institucional que visa as formas de governa o das institui es e dos sistemas legislativos bem como da participa o dos grupos de interesse e da sociedade civil Figura 1 A S Ambiente Sociedade Institui es Figura 1 Conceito de Desenvolvimento Sustent vel DGEG 2007 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios A Agenda 21 e a Declara o do rio forneceram orienta es de trabalhos que teriam de ser realizados quer a n vel internacional quer a n vel nacional de forma a se consagrar os compromissos pol ticos impostos na confer ncia das Na es Unidas DGEG 2007 De modo a materializar a vis o global de desenvolvimento e ambiente foram definidas estrat gias para o desenvolvimento sustent vel atrav s da aplica o de medidas e metas A n vel da Uni o Europeia foram apresentadas as seguintes reas priorit ria
145. s Edificio Sistema Solares termicos Tipo de sistema solar t rmico Caracteristicas do coletor solar Caracteristicas dos componentes do sistema Marca do Coletor Energia Sistema Auxiliar 7 Efici ncia Sistema Auxiliar 26 Do COP Bomba de Calor Capacidade do dep sito L Figura 58 Separador Sistemas Solares T rmicos Acabada a principal fase de introdu o de valores segue se a fase de avalia o dos impactes ambientais Nesta fase apresenta se os impactes ambientais separados pelas etapas do ciclo de vida do sistema solar t rmico Figura 59 Quando o utilizador passa para este separador parte dele j se encontrar preenchido face informa o introduzida no primeiro separador O utilizador deve ent o pressionar o bot o calcular de forma a obter os impactes totais do sistema solar t rmico os impactes do sistema tendo em considera o o tempo de servi o do edif cio e por fim os ndices de sustentabilidade tempo de retorno do CO e o tempo de retorno energ tico Todos os processos de c lculo dos impactes e dos ndices de sustentabilidade j se encontram detalhadas no Cap tulo 5 pelo que n o ser o apresentados neste cap tulo Caso o utilizador queira introduzir os impactes manualmente este deve premir o bot o Inserir Impactes manualmente Surgindo uma janela Figura 60 que questionar o utilizador sobre a sua decis o 92 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares
146. s bomba de calor sistema solar t rmico de circula o for ada com coletores planos e bomba de calor 100 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Capitulo 8 Caso de Estudo 8 1 Descricao do caso de estudo Para demonstrar a metodologia e o programa elaborado recorreu se sua aplica o pr tica atrav s de um caso de estudo Este incide sobre uma moradia unifamiliar T3 localizada em Galegos no concelho de Penafiel A arquitetura do edif cio encontra se detalhada na Figura 69 O objetivo do estudo ser realizar uma an lise ambiental e econ mica do sistema solar t rmico que melhor se adapta ao edif cio em quest o PLANTA DA COBERTURA Telha cer mica lusa Reboco pintado branco sujo Guarda em a o pintado cinza escuro 0 20 105 30 A fe Ce a O O O ai O A ee ei 0 20 102 20 Figura 69 Planta da Cobertura e al ado Sul do edif cio em estudo Numa primeira abordagem ao caso de estudo analisou se a sua exposi o solar constatando se que a cobertura do edif cio permitia a instala o de coletores com orienta o a sul De forma a obter uma solu o est tica considerou se numa primeira 101 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios fase que a inclina o dos coletores seria a mesma que a inclina o do telhado ou seja 24 e que numa segunda fase essa inclina o seria otimizada A primeira escolha do sistem
147. s Figura 24 Essencialmente nos sistemas diretos o fluido que circula nos pain is solares a pr pria gua pot vel do edif cio logo aparece um nico circuito Pelo contr rio nos sistemas indiretos o circuito do painel solar e o circuito das guas sanit rias do edif cio s o distintos Roriz Rosendo Loren o amp Calhau 2010 30 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Resist ncia auxiliar Agua Quente 5si Resist ncia auxiliar Agua Quente a Sistema direto b Sistema indireto Figura 24 Sistema termossifao Ribeiro V 2014 3 4 2 Sistemas de circulacao forcada Os sistemas de circula o for ada Figura 25 s o do tipo ativos ou seja a circula o feita atrav s de bombagem Neste caso a bomba pode ser ligada a rede el trica possuindo um rel gio que controla o seu funcionamento em fun o da temperatura pretendida Assim a bomba acionada quando existe uma diferen a maior que 5 C entre o topo do coletor e o fundo do dep sito A mesma desliga se quando a diferen a de temperaturas inferior a 2 C Komeco 2008 Figura 25 Sistema de circula o for ada ESTIF 2014 Normalmente este sistema utilizado quando n o poss vel a instala o de um sistema de termossif o devido a problemas de atrito ou perdas de carga nas tubagens pelo facto 31 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios do pain is
148. s corresponde solu o de refer ncia apresentando um valor menor que as restantes solu es pelo facto de utilizar uma bomba de calor como sistema auxiliar A bomba de calor consome 1 KWh e produz 4 KWh COP logo a quantidade de energia retirada da rede ser menor em compara o com outro sistema a eletricidade Assim sendo na tabela apenas est representada a energia que o sistema auxiliar ter de produzir para satisfazer o utilizador quando o sistema solar t rmico n o consegue A etapa final deste estudo resulta da utiliza o do programa desenvolvido e apresentado no Cap tulo 7 De seguida apresenta se os v rios separadores que constituem o programa preenchidos para a simula o da solu o de refer ncia Como os passos para as restantes solu es s o an logos de refer ncia n o se considerou necess rio apresentar essa informa o neste cap tulo No seguimento do caso pr tico introduz se a informa o referente localiza o do edif cio Penafiel 60 anos de vida til Resid ncia Unifamiliar T3 e os requisitos 107 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios impostos pelo REH que neste caso tomam o valor de 1 para o fator de efici ncia h drica e de 45 C para a varia o da temperatura Figura 73 Edificio sistema Solares t rmicos An lise Ambiental e Energ tica An lise Econ mica Relat rio Final Localiza o Penafiel Tempo de Vida til do Edif
149. s de Interven o combate s altera es clim ticas gest o de recursos naturais limita o de riscos para a sa de p blica e transportes mais sustent veis APA 2014 O contributo de um nico pa s pode ser pequeno para o combate a estes problemas mundiais contudo a uni o e a coopera o pode ser a nica salva o do planeta 2 2 Efici ncia Energ tica A energia tornou se numa fonte vital para a sociedade e para a economia mundial levando a preocupa es relacionadas com a integra o das pol ticas energ ticas e ambientais Neste mbito importante reduzir a depend ncia do petr leo e a emiss o de GEE atrav s de tecnologias mais limpa e energeticamente eficientes fundamental promover a utiliza o de energias renov veis e a introdu o de tecnologias de baixo carbono aumentar a diversidade de energias sustent veis a competitividade das empresas e o crescimento econ mico dos pa ses DGEG 2007 Tendo como base as atuais fontes de energias renov veis conhecidas a Dire o Geral de Energia e Geologia foca a import ncia de apostar no melhoramento tecnol gico destas energias de maneira a alcan ar uma maior efici ncia energ tica Considerando contudo que primordial sensibilizar a popula o atrav s da sua participa o e consciencializa o para a necessidade de mudan a do comportamento social APA 2014 Segundo Castro 2011 Portugal um pa s muito dependente de energia resultante
150. s em edif cios Edificio Sistema Solares t rmicos An lise Ambiental e Energ tica An lise Econ mica Relat rio Final Dados t cnicos Taxa de desconto Valor de Reparacao Taxa de Atualiza o Energia Ano da repara o 1 20 Pre o da Energia KWh Valor Resitual Valores medios Eurostat e Deco J Vida til do Sistema 15 20 anos Ei Investimento Inicial Usar base de dados Base de dados para resid ncias unifamiliares Plano de Manuten o Na totalidade pelo T cnico T cnico apenas nas substitui es C Outros Plano Anual de Custos de Manuten o gm pp pp nan Medidas Econ micas LCC Sistema Solar t rmcio Label35 Calcular Tempo de Retorno anos Label39 Avalia o Sir gt 1 Label37 TIRM Label38 NS Label 130 Figura 61 Separador An lise Econ mica O valor correspondente repara o consiste num custo de uma poss vel avaria num determinado ano do tempo de vida do sistema que n o entre nos custos de manuten o e que o utilizador tenha conhecimento de tal informa o Caso n o exista informa o do valor de repara o e ou do valor residual o utilizador deve colocar zero O utilizador livre de escolher a taxa de desconto real a taxa de infla o e o tempo de vida do sistema contudo este pode recorrer s recomenda es do programa pressionando o bot o ES Figura 61 O mesm
151. s solares t rmicos em edif cios EUROSTAT 2013 Pre o do g s para consumo dom stico Obtido de EUROSTAT http epp eurostat ec europa eu tgm table do tab table amp plugin 1 amp language en amp pcode ten001 13 Falc o A 2007 Energia Solar Movimento e posicionamento relativos Terra Sol Instituto Superior T cnico Departamento de Engenharia Mec nica Filho K amp Saraiva M Setembro de 2003 Insola o Solar Obtido em Junho de 2014 de http www f ufrgs br fis02001 aulas insolacao files e2 7Jpg Fonseca D 2007 A casa de emiss es nulas Estudo conceptual Disserta o de mestrado em Engenharia Mec nica Disserta o de Mestrado em Engenharia Civil Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mec nica Fuller S amp Petersen S 1996 Life Cycle Costing Manual for the federal energy management program Estados Unidos da Am rica Department of Commerce H kkinen T Huovila P Tattari K Vares S Sepp l J amp Koskela S 2002 Eco efficiency of building and real estate sector Ministry of Environment Housing and Building Department the Finnish Environment Helsinki Hang Y Qu M amp Zhao F 2012 Economic and environmental life cycle analysis of solar hot water systems in the United States Energy and Buildings 45 181 188 Hazami M Naili N Attar I amp Farhat A 2013 Solar water heating systems feasibility for domestic requests in Tunis
152. s usuais por sistema Refer ncia Circula o For ada coletor plano 4m2 resid ncia unifamiliares Circula o for ada coletor plano 58m2 resid ncia multifamiliares Circula o For ada resid ncia unifamiliar Circula o For ada resid ncia multifamiliar Termossif o resid ncia unifamiliar Termossif o resid ncia multifamiliar Coletor de tubos de v cuo Coletor plano sistema auxiliar de aquecimento eletrico Sistema auxiliar de aquecimento a g s 140 9 83E 00 7 00E 01 1 33E 03 1 35E 04 8 77E 00 6 24E 01 5 93E 00 2 13E 04 1 02E 04 1 47E 03 8 44E 01 5 21E 00 6 24E 01 Circula o For ada s coletores por area de coletor 7 10E 00 9 16E 02 9 62E 05 4 86E 00 4 24E 01 3 27E 00 3 02E 01 4 23E 03 9 02E 04 2 75E 01 2 29E 00 2 36E 01 Circula o Termossif o s coletores por area de coletor 6 85E 00 8 85E 02 3 00E 01 6 4E 01 6 81E 01 4 45E 02 2 95E 00 9 46E 05 4 65E 00 4 10E 01 4 19E 03 9 01E 04 2 72E 01 2 27E 00 Coletores por m2 9 03E 01 8 42E 06 7 81E 01 3 26E 02 1 02E 02 9 69E 06 9 76E 01 5 00E 02 Sistema auxiliar por sistema 6 68E 00 3 18E 07 3 31E 02 2 05E 03 3 8E 02 2 46E 05 2 18E 00 1 68E 01 3 11E 00 2 33E 01 6 55E 01 6 65E 01 1 52E 02 1 61E 00 1 60E 05 1 50E 04 7 06E 04 1 45E 04 7 01E 04 1 48E 03 1 52E 03 9 67E 01 6 32E 03 2 55E 03 1 85E 04 1 57E 03 4 12E 03 1 52E 03 4 06E 03 1 38E 02 2 46E 0
153. se manter um programa de manuten o A base de dados Ecoinvent ja contabiliza os processos de manuten o para os sistemas solares t rmicos e esta situa o ja contemplada nos resultados apresentados na Tabela 6 5 4 3 Fim de vida Conforme a Figura 45 ap s o tempo de servi o do sistema solar t rmico alguns materiais ser o colocados em aterros enquanto outros como por exemplo os metais poder o ser reciclados 74 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios 5 5 Indices de Sustentabilidade 5 5 1 Tempo de retorno energ tico O tempo de retorno energ tico tamb m conhecido pelo termo em ingl s energy payback time normalmente utilizado para avaliar o desempenho ambiental de fontes de energia renov veis Segundo Marimuthu e Kirubakaran 2014 o tempo de retorno energ tico de um sistema solar t rmico corresponde ao quociente entre o consumo energ tico do sistema e a poupan a energ tica resultante da sua utiliza o tal como apresentado na express o 9 Eeconomizada Onde Erca Energia consumida durante todas as fases do ciclo de vida do sistema solar t rmico MJ Eeconomizada Energia economizada com a utiliza o do sistema solar t rmico Mj ano 5 5 2 Tempo de retorno ambiental O tempo de retorno ambiental ou o seu termo em ingl s emission payback time define o tempo durante o qual as emiss es evitadas devido ao uso de sistemas renov veis s o igualadas s liber
154. senta se o relat rio impresso pelo programa para a solu o de refer ncia 110 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Edificio Sistema Solares t rmicos An lise Ambiental e Energ tica An lise Econ mica Relat rio Final Relat rio Final da Avalia o de cido de vida do Sistema Solar T rmico Relat rio Solu o de Refer ncia Localiza o do edif cio Penafiel ndices de Sustentabilidade Tempo de Retorno Energ tico Tipo de Resid ncia Unifamiliar 0 80 anos Tipo de sistema solar t rmico Sistema com circula o Forcada Tempo de Retorno Ambiental 0 73 anos rea total de capta o solar 4 86 m2 Esolar 2434 KWh ano Tempo de Retorno Econ mico 12 59 anos Necessidades energ ticas AQS 145 Kwh ano Impactes ambientais do sistema solar selecionado na integra o de um edif cio com 60 anos 0 00 32 56 2 38 21 03 115456 16 Ver Gr ficos Imprimir Relat rio Figura 77 Preenchimento do separador Relat rio Final 6910 06 A Tabela 13 apresenta os resultados finais para as restantes solu es consideradas neste estudo Tabela 13 Resultados extra dos do programa desenvolvido Impactes Ambientais e ndices de sustentabilidade DT ga ng sau sas sto ODP 7 80E04 3 00E03 2 73E 03 3 208 03 3 69E 03 POCP EP 2 10E 01 2 29E 01 8 50E 01 9 67E 01 1 11E 02 ADP FF 1 15E 05 4 02E 05 6 17E 05 7 23E 05 8 5 LE 05 ERE 9 46E 03 9 9
155. separador Edificio cccccceccccseecceeseceeeseeseseeeeeseeaeseees 108 Preenchimento do separador Sistemas Solares T rmicos 109 Preenchimento do separador An lise Ambiental e Energ tica 109 Preenchimento do separador An lise Econ mica ccccceeseeeeeeeeeeseees 110 Preenchimento do separador Relat rio Final ccccceceecccseseeeeeeeeeeseees 111 xvii xviii INDICE DE TABELAS Tabela Inelnaeao de COlelOres SOARES apannts si naia suis asd o nada Ea 19 Tabela 22 PPOs GeV aly WIA sagas penais cert uel aes at aah ntti ae AA 36 Labela 3 Fat res de caracteriza o GWP suas ops a asas easter 58 Tabela 4 Indicadores ambientais inclu dos neste estudo icceei iii 68 Tabela 5 Avalia o dos impactes do ciclo de vida de sistemas solares t rmicos Fase de PIT OU AO ossos tas e is oe ets R oes tic inn escre ets etna sa cera ots ete rata 69 Tabela 6 Avalia o dos impactes do ciclo de vida de sistemas solares t rmicos Fase de MEAG AO ease eth ee oct las ca E be ae ea q So a TE 70 Tabela 7 N mero de ocupantes em fun o da tipologia da fra o Quadro VI 1 do FR aes Rola Dt PD cantata ae ean ea nea aa ane nana eee iat 71 Tabela 8 valores do fator de efici ncia h drica 2 0 ce eccceeeeccceeeeeeeeeeceeseseceaeseeeeeeeeeas 72 Tabela 9 Sistemas solares do programa desenvolvido Parte I cceecceeccccseeeeeeeeeeees 99 T
156. sistema auxiliar a g s butano Sistema Termossif o com coletores sistema auxiliar a g s propano Sistema Termossif o com coletores sistema auxiliar a g s natural Sistema Termossif o com coletores sistema auxiliar el trico Sistema Termossif o com coletores bomba de calor Sistema Termossif o com tubos sistema auxiliar a g s butano Sistema Termossif o com tubos sistema auxiliar a g s propano Sistema Termossif o com tubos sistema auxiliar a g s natural Sistema Termossif o com tubos sistema auxiliar el trico Sistema Termossif o com tubos bomba de calor Um exemplo pr tico deste programa pode ser consultado no cap tulo 8 desta disserta o onde detalhado o preenchimento dos campos do programa para um Resid ncia Multifamiliar Sistema Termossif o com coletores planos e sistema auxiliar a g s butano Sistema Termossif o com coletores planos sistema auxiliar a g s propano Sistema Termossif o com coletores planos sistema auxiliar a g s natural Sistema Termossif o com coletores sistema auxiliar el trico Sistema Termossif o com coletores bomba de calor Sistema Termossif o com tubos sistema auxiliar a g s butano Sistema Termossif o com tubos sistema auxiliar a g s propano Sistema Termossif o com tubos sistema auxiliar a g s natural Sistema Termossif o com tubos sistema auxiliar el trico Sistema Termossif o com tubo
157. solares estarem instalados ao mesmo nivel ou acima do dep sito t rmico No Quadro 5 resumem se algumas vantagens e desvantagens destes dois sistemas Quadro 5 Vantagens e Desvantagens da circula o natural e da circula o for ada Sistema de Termossif o e Mais barato e Inest tico e Facilidade de instala o e Baixo volume de AQS e Facil controlo e Menor rendimento Sistema de circula o for ado Elevada capacidade de AQS e Controlo mais exigente Mais eficiente e Pre o Melhor integra o no edif cio e Projeto mais exigente Configur vel 3 5 Acess rios e Dep sitos de acumula o 3 5 1 Dep sitos de acumula o A radia o solar capturada pelos coletores solares n o uniforme e raramente coincide com as necessidades de AQS por esta raz o torna se necess rio armazenar o calor capturado para uma utiliza o posterior atrav s de dep sitos de acumula o Roriz Rosendo Loren o amp Calhau 2010 Estes dep sitos podem ser em a o inoxidavel ou a o revestidos de pl stico O primeiro material mais leve e dur vel contudo mais sens vel a guas com cloro O a o com revestimento em pl stico uma solu o mais barata mas mais exposta a problemas de corros o Roriz Rosendo Loren o amp Calhau 2010 Os dep sitos de acumula o podem possuir ou n o permutador em fun o do tipo de sistema solar utilizado No caso de sistemas diretos sem apoio ou sistemas com apoio Instant neo co
158. solo Par metros de entrada de fluxos materiais e de energia Uso de materiais n o renov veis Uso de materiais renov veis Uso de energia prim ria n o renov vel Uso de energia prim ria renov vel Uso da gua Par metros de sa da de fluxos de materiais e energia Materiais para reciclagem Materiais para aproveitamento de energia Deposi o em aterro de res duos n o perigosos Deposi o em aterro de materiais perigosos Deposi o em aterro de materiais radioativos norma supramencionada fornece os meios para o desenvolvimento de uma declara o ambiental Tipo III de produtos de constru o e faz parte do seguinte conjunto de normas que se destinam a avaliar a sustentabilidade das obras 52 CEN TR 15941 2010 Sustentabilidade de obras de constru o Declara o ambiental de produto Metodologia para a sele o e utiliza o de dados gen ricos EN 15942 2011 Sustentabilidade de obras de constru o Declara o ambiental de produto formatos de comunica o Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios e EN 15978 2011 Sustentabilidade de obras de constru o Avalia o do desempenho ambiental dos edif cios M todo de c lculo e EN 15643 1 2010 Sustentabilidade das obras Avalia o de edif cios Parte 1 Quadro geral e EN 15643 2 2010 Sustentabilidade das obras Avalia o de edif cios Parte 2 Quadro para a avalia o do desem
159. sveuncaiednanscawansessncuacdeedounatineeasoneets iii PARTE I Apresenta o e Enquadramento da Disserta o Capitulo L TA OCCA ses E a E ESEESE 1 1 Enquadramento Relev ncia da tem tica e eeererrreeee 12 Objetivos do Lrabalho sete hacheg tar betetat as Suet Cia OR LEO ala abala L ai db ola L ab oL oral abaL a ab aboL andas 1 3 Estr t rada disserta o asas cheat oe vi cans LOL DO oa ee e eae Capitulo 2 Defini es e Fundamentos de Energia Solar ccccccccsseeeeeeaeeeeeeeaeeseeeens 21 Alicra es Clim ticas ecoin EEEa EEE SEENE E aca asno dessa 22 FAICICNCIA Eneroetica ceon a a EE eines Zid Epergias Renov veis siaa T EENE NINS E NE A EEN AOS Capitulo 3 Sistema Solar T rmico ccccccccccccccsesecececeeesecceeeaeeeecceesaaeeecceeeaueneeeeseaaaaees 3 1 No es de Radia o e Geometria Solar cc ccccccsseseecceeeeeeeeeeeeaaeeeeeeeeaaneeeeees 3 1 1 Movimento Terra SOL sagas EEES eo ses 3 1 2 Fundamentos de geometria solar ccccccsseccccceccecaeecceeaeeceeeaeeseesaeeseeeas 3 1 3 COTS CC AO SOLAR A 3 2 Tipo de Coletores Solares c rr eererree eee rree eee rrena ra rrrenanaena 3 2 1 Coletores simples a aaa agi eanES DOR aaa pela od aid dE da dd 3 2 2 Coletores planos asas asaa ccna eresien EEEE Ee Eee E EN SESSE 3 2 3 Coletores de tun0s de V CUO 2 3 n n G S 3 2 4 Concentradores Solares eoieiaiaiaisielsieisaie teree er ab E rar ii
160. t rmicos em edif cios Edificio Sistema Solares t rmicos An lise Ambiental e Energ tica An lise Econ mica Relat rio Final Impactes do cido de vida do sistema Solar t rmico Fase de Produ o Fase de Utiliza o 20 anos ADP 9 57400 0 43780 49 54111 Label55 1293 00000 59 53925 5987 19500 Label56 ooo 0 00001 0 00079 aes 8 55400 0 37370 5 08716 Labels8 0 61000 0 02841 0 66994 Labels9 5 77000 0 24322 0 97047 Labelgo 20580 00000 954 28964 101743 20000 Lahel6i 2504 00000 104 82200 306 0122400 Indices de Sustentabilidade O ciur Gm Tempo de Retorno Ambiental C02 Tempo de Retorno Energ tico Label40 Anos Impactes Ambientais do Sistema solar T rmico num Edificio Habitacional Tem a certeza que pretende eliminar todos os impactes apresentados Figura 60 Janela de confirma o Ap s a aceita o o utilizador pode introduzir os impactes e pressionar o bot o Calcular Para os utilizadores que pretendam alterar os impactes propostos pelo programa segue no Anexo IV uma lista auxiliar de impactes ambientais de alguns componentes do sistema solar t rmico retirados do programa SimaPro O pen ltimo separador Figura 61 corresponde an lise econ mica onde necess rio introduzir dados referentes aos custos de investimento inicial manuten o repara o e valor residual 93 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmico
161. ta es 1 45E 03 1 92E 01 1 14E 08 1 5E 03 6 54E 05 3 286 04 2 74E 00 4 89E 01 Sistema auxiliar a g s por Mj caldeira a g s 6 33E 04 7 65E 02 1 01E 08 6 50E 05 8 56E 06 1 24E 05 1 30E 00 3 91E 03 141 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Tabela com os impactes ambientais dos componentes do sistema solar t rmico Categoria de impacte ambiental Energia incorporada Coletores por m2 6 74E 01 9 03E 01 8 42E 06 7 81E 01 3 26E 02 6 55E 01 1 48E 03 1 38E 02 Coletor de tubos de vacuo Coletor plano 6 81E 01 1 02E 02 9 69E 06 9 6E 01 5 00E 02 6 65E 01 1 52E 03 2 46E 02 Sistema auxiliar por sistema sistema auxiliar de aquecimento eletrico Sistema auxiliar de aquecimento a gas 4 45E 02 6 68E 00 3 18E 07 3 31E 02 2 05E 03 1 52E 02 9 67E 01 1 46E 01 2 95E 00 3 8E 02 2 46E 05 2 18E 00 1 68E 01 1 61E 00 6 32E 03 5 19E 02 Bomba por bomba Bomba para circula o do fluido 40W 5 47E 02 6 99E 00 3 27E 07 6 61E 02 3 81E 03 5 40E 02 1 06E 02 1 30E 01 Dep sito de gua quente por deposito Dep sito 600L 5 23E 00 6 56E 02 3 32E 05 2 81E 00 2 74E 01 1 39E 00 1 05E 04 1 40E 03 Vaso de expans o por vaso Vaso de expans o para o fluido 24L Vaso de expans o para o fluido 80L 1 32E 01 1 72E 01 1 02E 06 5 88E 02 6 05E 03 2 81E 02 3 20E 02 2 59E 01 3 15E 01 4 05E 01 2 32E 06 1 39E 01 1 48E 02 6 92E 02 7 35E 02 6 41E 01 142 Avalia o de ciclo de v
162. tadas durante a fase de produ o e utiliza o do sistema Ardente et al 2005 A maioria dos autores utiliza nos seus estudos o per odo de retorno das emiss es de CO Este per odo de retorno corresponde ao tempo necess rio para uma medida de mitiga o do CO compensar o CO emitido para a atmosfera durante a fase de produ o Marimuthu amp Kirubakaran 2014 tal como apresentado na express o 10 EPcoz TR 10 EPevitadas Onde EPco2 Emiss es de CO resultantes de todas as fases do ciclo de vida do sistema solar t rmico Kg EPevitadas Corresponde s emiss es de CO evitadas por ano devido utiliza o do sistema solar t rmico Kg ano 15 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios 76 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Capitulo 6 Custos de Ciclo de Vida LCC 6 1 Enquadramento A an lise dos custos de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos um assunto relativamente recente em Portugal n o existindo uma metodologia espec fica para estes sistemas Assim sendo a metodologia LCC apresentada segue os crit rios estabelecidos pela Federal Energy Management Program FEMP e pelo Regulamento delegado UE N 244 2012 da Comiss o Europeia que definem as regras para a avalia o da rentabilidade econ mica do desempenho energ tico de edif cios e dos seus componentes O primeiro passo nesta an lise consiste
163. temas ou para comparar meteorol gicas diferentes tecnologias radia o solar 4 3 1 2 Limites do Sistema Segundo a norma ISO 14040 2006 o LCA realizado atrav s da defini o de sistemas de produtos como os modelos que descrevem os elementos chave de sistemas f sicos Nesta ordem os limites do sistema definem os processos que ser o inclu dos na avalia o do ciclo de vida do produto de forma a refletir os objetivos definidos para o estudo Segundo Beccal 2010 a defini o de limites do sistema permite e Otimizar o tempo e os recursos necess rios para a an lise focando a aten o sobre os elementos que s o respons veis pela maioria dos impactos ambientais e Comparar estudos LCA diferentes com base nos mesmos pressupostos Iniciais e Reduzir o n mero de dados LCA e facilitar os c lculos sem comprometer a confiabilidade integridade e representatividade dos resultados Normalmente os autores utilizam uma an lise LCA cradle to grave para definir os limites do sistema 56 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios 4 3 2 Invent rio de ciclo de vida LCI Esta fase pode se tornar numa das fases mais demoradas e trabalhosas pois engloba a recolha de informa o associada produ o dos produtos junto das empresas Para auxiliar esta tarefa frequente recorrer se concretiza o de question rios para recolher os dados necess rios realiza o da an lise d
164. tentabilidade na constru o A n vel econ mica esta metodologia seguir os crit rios estabelecidos pelo Federal Energy Management Program FEMP onde s o apresenta as medidas econ micas fundamentais para avaliar um projeto resultando no fim numa an lise do tempo de retorno econ mico Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios 1 3 Estrutura da dissertacao A presente disserta o titulada Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edificios encontra se estruturada em quatro partes constituidas por nove capitulos O desencadeamento estrutural desta disserta o come a pela an lise de conceitos e no es imprescind veis para a compreens o da metodologia proposta e para a utiliza o do programa criado A Parte I desta disserta o compreende os cap tulos 1 2 3 e 4 No primeiro capitulo s o abordados os objetivos e o enquadramento do trabalho No segundo os conceitos de radia o e geometria solar e no terceiro cap tulo caracterizam se e definem se os sistemas solares t rmicos No ltimo cap tulo da primeira parte apresenta se todos os fundamentos e objetivos de uma an lise LCA desde o enquadramento hist rico do m todo at sua aplicabilidade ao longo dos anos Na Parte II apresenta se a metodologia elaborada neste trabalho repartida pelo cap tulo 5 e 6 No cap tulo 5 explicado os passos necess rios para uma an lise LCA desde a contabiliza o d
165. tram detalhadas no Cap tulo 6 n o se realizando no presente cap tulo a repeti o dessa informa o Para finalizar esta fase o programa apresenta uma aprecia o da viabilidade econ mica do sistema solar escolhido em fun o das medidas econ micas apresentadas 96 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Edificio Sistema Solares t rmicos An lise Ambiental e Energ tica An lise Econ mica Relat rio Final Dados t cnicos Taxa de desconto 3 Valor de Reparacao o Taxa de Atualiza o Energia 0 3 Ano da repara o 1 20 Pre o da Energia KWh 0 Valor Resitual l Valores m dios Eurostat e Deco ado Vida util do Sistema 15 20 anos 20 Jossi sido Hora al z952 Base de dados para resid ncias unifamiliares Plano de Manuten o Na totalidade pelo T cnico T cnico apenas nas substitui es Outros Plano Anual de Custos de Manuten o Medidas Econ micas LCC Sistema Solar t rmcio Calcular as Tempo de Retorno anos Sir gt 1 1 67 Solu o economicamente vi vel TIRM 2 66 NS 1963 76 Figura 65 Exemplo de preenchimento do separador An lise Econ mica O ltimo separador do programa Figura 66 apresenta o relat rio resumo do sistema solar t rmico selecionado O programa permite a visualiza o gr fica dos tempos de retorno calculados nas abas anteriores bastando para isso premir o bot o
166. u do por um dep sito de acumula o acoplado no painel solar Essencialmente o funcionamento deste sistema passivo pode ser explicado se for considerado que o sistema se encontra sem consumos Nesse caso a radia o que incide no painel ser absorvida por este e transmitida gua no seu interior Posteriormente quando a gua do interior do painel atingir temperaturas elevadas tender a subir no Interior do sistema e a gua mais fria tender a descer pois mais densa que a gua quente criando se um circuito de convec o natural sem o aux lio de bombagem Roriz Rosendo Loren o amp Calhau 2010 Contudo durante a noite a circula o da gua no circuito poderia inverter se A solu o usual passa por colocar um desn vel de pelo menos 300 mm entre o topo do painel e o dep sito de acumula o como se pode observar na Figura 23 Outra medida importante a dist ncia em perfil transversal entre o reservat rio t rmico e o coletor solar Hdc que deve ser menor que dez vezes a dist ncia Hed Komeco 2008 29 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios i J Figura 22 Sistema de circula o natural termossifao ESTIF 2014 Dep sito Hed coletor solar Figura 23 Medidas de refer ncia para a instala o de termossif es Komeco 2008 Em fun o dos circuitos existentes os sistemas solares t rmicos podem ainda tomar a classifica o de diretos ou indireto
167. ua e a RO Recent 31 Figura 26 Dep sito de acumulador com dois permutadores cccccceeeeeeeeeeeeeeeseeees 33 Figura 27 1 Bomba de Calor 2 Esquentador 3 Caldeira cccccceccccseeeeeeeeeeees 34 Figura 25 Fudo terni O os amada ais dade oa ag na aaa da ada ana a na aa dd 34 Pietra 29 Bomba de CW CUlaC dO cect casi quarta Ng omonties GS O AL U 35 Piura SD Vaso de Cx DANS O nossa badec sao bau nossa a oseee eee ton ra Epa an a a a 36 Figura 31 Sistema solar t rmico integrado no telhado do edif cio 37 Figura 32 Sede da Caixa Geral de Dep sitos em Lisboa ec ecccceeecceeseeeeeeeeseeeaeeees 38 Figura 33 Centro de Controlo Operativo da BRISA em Carcavelos 39 Figura 34 Sistema Totalmente Centralizado 0 0 eecccceecccceeeecceeseeeneeeceeseneeeaeeseeeaenees 40 Figura 35 Sistema solar centralizado com apoios INCIVIAUAIS cseeeceeeeeeeeeeeeeeeeeeees 41 Figura 36 Sistema de coletores centralizados cce e eeeerereeeree re rerereannea 41 Figura 37 Sistema totalmente individual sea sosssmaniaa seca nasa tio uses ee a etieati eae habe 42 Figura 38 Estrutura o Normativa para certifica o de coletores e sistemas solares OLIMICOS shai sacashoi recat aaa EDU DR E E 43 Figura 39 Marca de certifica o Solar Keymark ccccccceccccneeccceeeeeeeseeeeeeeeeseeaeneees 44 Feot dO Mirca CER TIE eidi Larga O Dad D
168. uguesa Austriaca Portuguesa Austriaca Austriaca Grega Alema Italiana Eslovaquia Austriaca Alema Portuguesa Alema Turca 1 89 1 86 1 91 1 62 1 97 2 06 2 1 2 3 1 87 1 96 1 778 2 23 2 14 2 25 i e PR e N 200 L 180 L 200 L 200 L 175 L 192 L 200 L 200 L 200 L 200 L 202 L 178 L 195 L 200 L 190 L 2054 2354 2091 1970 2016 1970 1750 1763 1905 1970 1510 1945 2494 2007 1910 1968 1599 1 89 1 86 1 62 1 97 2 06 2 1 78 1 87 1 778 2 23 1 8 2 25 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios N N 1 N N N NNN N 293 L 300 L 300 L 175 175L 280 L 300L 300 L 300 L 288 L 285 L 280 L 300 L 284 L 2944 3495 3075 2784 2800 2350 2568 2690 2800 2778 3451 3000 2952 2337 2 128 1 86 1 91 2 523 1 62 1 97 3 802 2 06 2 49 2 21 2 3 1 87 1 78 2 36 1 86 2 35 2 99 2 23 1 8 2 25 NNN NYINRPFNWNYN YN NY N H No MN NAN N 295 L 300 L 300 L 289 2 L 300 L 300 L 400 L 290 L 380 L 292 L 300 L 300 L 291 L 298 L 300 L 300 L 298 L 286 L 300 L 322 L 4793 5050 4059 3100 4120 3840 4120 4120 3340 4120 4594 3890 4120 3945 4120 4014 5010 3963 4490 4091 3321 2952 147 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios 148 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t
169. ura 14 est representada a dist ncia m nima entre fileiras de coletores de forma a n o provocar sombreamento Essa dist ncia calcula se com o aux lio da express o 2 d ditd2 ix _ q tanho tanf 7 tan h cos f Em Dezembro e na primeira metade de Janeiro esta dist ncia poder n o chegar apesar de n o ser um fator cr tico recomend vel um aumento de 25 da dist ncia calculada pela f rmula 3 2 no caso de n o existir problemas de espa o Lebefia amp Costa 2007 Se as fileiras de coletores estiverem colocadas sobre uma superf cie inclinada ngulo 0 como por exemplo um telhado ent o a dist ncia entre coletores d0 calcula se atrav s da express o 3 e 4 0 3 cos 0 21 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios sin B 0 oe saa 0 cos B T a 3 2 Tipo de Coletores Solares Uma condi o importante para se projetar e instalar sistemas solares t rmicos consiste em conhecer as diferentes conce es poss veis e os diferentes equipamentos e acess rios que constituem esses sistemas de forma usufruir do m ximo desempenho de um sistema solar t rmico Com base nesta reflex o torna se indispens vel uma an lise aos tipos de pain is solares t rmicos existentes O objetivo geral de todos os coletores solares consiste em absorver o m ximo da energia radiante incidente e posteriormente fornecer essa energia ao fluido que se pr
170. ura 58 Separador Sistemas Solares T rmicos cccccseescccceeeseeceeeesseeeeseseeeesenes 92 Figura 59 Separador An lise Ambiental e Energ tica ccee erra 93 Eisura 60 Janela Ge conta o cerror iE E dans ds ai aa edema psd 93 Figura 61 Separador An lise Econ mica ccssssccssssccccesscccensecceessccceessccnascceeesess 94 Figura 62 Plano de Manit nc o Op o sussa assis iu pan Es debug eU A bcp aa 95 Figura 63 Plano de Manuten o op o 2 ee eereereree re rrer erre rea cer aanrena 95 XVI Figura 64 Figura 65 Figura 66 Figura 67 Figura 68 Figura 69 Figura 70 Figura 71 Figura 72 Figura 73 Figura 74 Figura 75 Figura 76 Figura 77 Plano de Manutencao Opcao Jasenice tach saida see ieehsieeteh seas 96 Exemplo de preenchimento do separador An lise Econ mica 97 Separador Relat rio Final cee erre eereereerre errar acer ea reene canada 98 Janela Tempo de Retorno Economico seriyi pass oii des 98 Janelas Tempo de retorno do CO2 e Tempo de retorno Energ tico 98 Planta da Cobertura e al ado Sul do edif cio em estudo 101 SolTerm 5 1 3 localiza o do caso de estudo ciee iii 104 SolTerm 5 3 1 caracteriza o do sistema solar iieiii siena 104 SolTerm 5 3 1 desempenho do sistema solar cciii ires 105 Preenchimento do
171. us Estas normas destinam se a arquitetos engenheiros e consultores que trabalham na avalia o europeia da sustentabilidade da constru o Dias 2011 Esta comiss o t cnica descrimina os indicadores ambientais que devem ser usados no m todo de avalia o da sustentabilidade da constru o europeia com o objetivo de quantificar os Impactes ambientais que ser o objeto de estudo na avalia o de ciclo de vida de edif cios As normas elaboradas pelo CEN TC 350 podem ser aplicadas a edif cios novos ou existentes pois fornecem m todos de c lculo que abrangem todo o ciclo de vida dos edif cios englobando as fases de montagem opera o e demoli o Com o trabalho realizado pelo CEN surge a Norma EN 15804 2012 que se destina a avaliar a sustentabilidade das obras de constru o Esta Norma Europeia estabelece regras fundamentais para produtos e servi os de constru o atrav s da elabora o da Declara o Ambiental de Produto ou o seu termo em ingl s Environmental Product 51 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Declaration EPD Ramos 2012 Estas declara es ambientais regem se por tr s tipos de par metros ambientais s o eles Dias 2011 il 1il Par metros que descrevem os impactes ambientais Anexa II Altera es clim ticas Destrui o da camada de ozono Acidifica o da terra e dos aqu feros Eutrofiza o Forma o de ozono ao n vel do
172. uxiliar a g s propano Sistema de circula o for ada com v cuo e sistema auxiliar a g s natural Sistema de circula o for ada com v cuo e sistema auxiliar el trico Sistema de circula o for ada com v cuo e bomba de calor coletores coletores coletores coletores coletores Resid ncia Multifamiliar Sistema de circula o for ada com coletores planos e sistema auxiliar a g s butano Sistema de circula o for ada com coletores planos e sistema auxiliar a g s propano Sistema de circula o for ada com coletores planos e sistema auxiliar a g s natural Sistema de circula o for ada com coletores planos e sistema auxiliar el trico Sistema de circula o for ada com coletores planos e bomba de calor Sistema de circula o for ada com tubos v cuo e sistema auxiliar a g s butano Sistema de circula o for ada com v cuo e sistema auxiliar a g s propano Sistema de circula o for ada com v cuo e sistema auxiliar a g s natural Sistema de circula o for ada com tubos v cuo e sistema auxiliar el trico Sistema de circula o for ada com tubos v cuo e bomba de calor 99 Avalia o de ciclo de vida de sistemas solares t rmicos em edif cios Tabela 10 Sistemas solares do programa desenvolvido Parte II Sistemas contemplados no programa Parte II Resid ncia Unifamiliar Sistema Termossif o com coletores planos e
173. water systems based on LCA and LCC analysis will be presented at the current study which triggered the development of a software that is aimed to faster the integration of solar thermal system in building and therefore to promote their sustainability This software allows the calculation of the potential environmental impacts such as global warming acidification eutrophication destruction of the ozone layer embodied energy etc arising from the life cycle of the solar thermal system the impacts of this system over the lifetime of the building and its economic viability After that the software produces a report with carbon payback period energy payback period and the cost payback period One practical application of this program was carried out in the end of this work This study concluded that the passive solar collector for domestic warm water is more economically viable than a solar water heating systems when applied to a single family house The better understanding of cost benefit and economic and environmental performance of solar thermal systems is crucial to designers be able to formulate a conscious and weighted decision given the implied legal obligation in the installation of solar systems KEY WORDS Solar Energy Solar water heating Life cycle assessment LCA Life cycle cost LCC Program Life cycle assessment of solar hot water systems vii Vill INDICE GERAL NOTAS DE APRESENTA O visiisnansisencccsssuio

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