Utilize este identificador para referenciar este registo: http://hdl.handle.net/10451/12385
Título: Sistemas solares térmicos: sistema pericial de ajuda ao dimensionamento
Autor: Menezes, Jorge André Baptista
Orientador: Mendes, João Farinha
Aguiar, Ricardo, 1963-
Palavras-chave: Sistema pericial
Sistema solar térmico
Desempenho energético
Indicador energético
Solterm
Simulação
Teses de mestrado - 2014
Data de Defesa: 2014
Resumo: The proper sizing of solar thermal systems is a procedure which can’t be specified by general strict instructions, because there are many factors to consider in each case, such as climatic, technical and economic ones. The designer’s capacity to find out quickly a proper sizing for a client’s request is something that it’s only possible with a lot of experience. The aim of this work was to explore and propose expert rules and ways of operational implementation to an expert system (in development) for solar thermal systems in a software called Solterm 6, which is designed for computational simulation and analysis of renewable energy systems and it works in MS Excel sheet environment but it has quasi-dynamic simulation algorithms background in MS Visual Basic for Applications. The used approach was divided by three elementary steps: (i) at first, the serious sizing errors must be avoided; (ii) at the same time, it would be given an advice to the initial configuration of the solar thermal system in response to the conditions introduced by designer; and (iii) finally it gives some hints how to improve energy performance (if it would be necessary), after simulation results. For this purpose, thousands of energy simulations were made (the economic component has not been considered yet) by Solterm’s prototypes in certain standard conditions, such as the minimum requirements set by the Portuguese law namely in “Sistema de Certificação Energética (SCE)”, as well as some good practice rules. Then sensitivity analysis studies were made to four main factors: Climate, consumption temperature, consumption pattern and solar thermal collector types. In each case studied, the behavior of the most important parameter in sizing was analyzed – the A/V’ curve (is the ratio between total area of solar thermal collectors, expressed in m2, and the total storage volume of the system, expressed in hectoliters) - the most important indicators in solar thermal energy systems: solar fraction, yield, productivity and thermal losses. It was also used in MS EXCEL for the data treatment as well as the data modeling tools and numerical analysis curves of Grapher 9 software. Generally it is concluded that the sizing curves are adjustable to a kind of exponential curve, with a coefficient of determination, R2, equal to or superior than 0,99 with few exceptions (these may be indicators of poor sizing system). The expert rules that were created (in pre-and post-simulation phases) allow a good approximation to the implementation of an expert system, where stands the systematization created for different commercial collectors, from a maximum rate of productivity characteristic of each collector and restrictions imposed by the differences in climate, temperature and consumer consumption, out of which profile the software will warn the designer that these parameters should be changed.
O bom dimensionamento de sistemas solares térmicos é um procedimento para o qual não se podem especificar instruções prescritivas gerais de forma rígida, tal é a quantidade de fatores climáticos, técnicos e económicos a considerar em cada caso específico. A capacidade de um projetista encontrar rapidamente um bom dimensionamento para um pedido de um cliente é algo que só se consegue com muita experiência. No presente trabalho o objetivo foi explorar e propor regras periciais, e modos de implementação operacional de um sistema pericial (em desenvolvimento) para sistemas solares térmicos, no software Solterm 6 concebido para simulação e análise de sistemas renováveis de energia e que funciona em ambiente de folha de cálculo MS Excel mas tem por trás algoritmos de simulação quase-dinâmicos em MS Visual Basic for Applications. A abordagem utilizada foi (i) evitar logo à partida erros graves de dimensionamento; (ii) aconselhar uma configuração inicial de dimensionamento face às condições impostas ao projetista; e (iii) examinando os resultados de um certo dimensionamento, dar pistas para melhorar o desempenho energético. Para o efeito, efetuaram-se milhares de simulações energéticas (a componente económica não foi ainda considerada) em protótipos do software para certas condições padrão, como o cumprimento de especificações estabelecidas no Sistema de Certificação de Edifícios (SCE) 2013, bem como algumas regras de boas práticas. Foram feitas análise de sensibilidade a quatro fatores principais: clima, temperatura de consumo, perfil de consumo e modelo de coletor. Em cada caso, analisou-se o comportamento do parâmetro mais importante em dimensionamentos – a curva A/V’ (razão entre a área de coletores solares térmicos, expressa em m2, e o volume total de armazenamento do sistema, expresso em hectolitros), nos indicadores energéticos mais importantes em sistemas solares térmicos: fração solar, rendimento, produtividade e perdas térmicas. Foram ainda utilizadas ferramentas de tratamento de dados do MS EXCEL e de modelação e análise numérica de curvas do software Grapher 9. Concluiu-se genericamente que as curvas de dimensionamento são ajustáveis a um tipo de curva exponencial, com coeficiente de determinação, R2, superior a 0,99, com escassas exceções (estas poderão ser indicadoras de mau dimensionamento do sistema). As regras periciais criadas (nas etapas de pré e pós-simulação) permitem uma boa aproximação à implementação de um sistema pericial, donde se destaca a sistematização criada para diferentes coletores comerciais, partindo de um índice de produtividade máxima característico de cada coletor e as restrições impostas pelas diferenças de clima, temperatura de consumo e perfil de consumo, fora das quais o software avisará o projetista que estes parâmetros devem ser alterados.
Descrição: Tese de mestrado integrado em Engenharia da Energia e do Ambiente, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2014
URI: http://hdl.handle.net/10451/12385
Designação: Mestrado integrado em Engenharia da Energia e do Ambiente
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