Um dos principais usos da energia solar térmica é a produção de água quente sanitária (AQS). Por meio de coletores solares, a radiação solar é transformada em calor, elevando a temperatura de um fluido que posteriormente é utilizado em diversos sistemas de distribuição de água quente.
Essa tecnologia permite aproveitar uma fonte de energia renovável para reduzir o consumo de eletricidade ou combustíveis fósseis para aquecimento de água.
O que é água quente sanitária?
Água quente sanitária (AQS) é a água destinada ao consumo humano que foi previamente aquecida. É utilizado em diversos campos, tais como:
- Usos sanitários (banheiras, chuveiros, etc.).
- Usos de limpeza (lavar louça, roupas, etc.).
- Sistemas de aquecimento.
Em termos energéticos, a AQS representa entre 25% e 40% do consumo de energia das famílias. Obtê-la por meio de energia solar térmica elimina a necessidade de aquecedores elétricos de água e oferece uma alternativa eficiente às bombas de calor em sistemas de aquecimento.
Operação: obtenção de água quente por meio de energia solar
A maneira mais simples de obter água quente para uso doméstico é por meio da energia solar.
A água quente pode ser transportada, permitindo assim que a energia seja transportada. A água aquecida pode ser armazenada em um tanque bem isolado ou circulada por um circuito de aquecimento para aquecer uma casa.
Os elementos básicos que compõem uma instalação de AQS são:
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Aquecedor de água
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Bomba de circulação
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Tubos
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Medidores de vazão
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Válvulas para distribuição de água quente para pontos de consumo.
A obtenção de água quente para uso doméstico é uma das aplicações mais amplamente utilizadas da energia solar térmica. É uma boa opção para residências unifamiliares e também para condomínios residenciais.
Desempenho de uma instalação de AQS
O desempenho solar é determinado pelo ângulo que os raios solares formam em relação ao solo. No verão, o Sol fica mais perpendicular ao solo do que no inverno, por isso recebemos mais radiação solar no verão.
A energia necessária para aquecer a água quente sanitária a uma determinada temperatura depende da temperatura inicial da água; antes de passar pelo circuito. Portanto, no inverno, quando a água que sai da rede geralmente está mais fria, será necessária mais energia térmica do que no verão.
As instalações de aquecimento solar de água exigem um tanque de água para que a água aquecida seja armazenada em um tanque bem isolado para quando estiver pronta para ser usada.
Isto se deve essencialmente a duas razões:
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Devido à diferença de radiação solar recebida durante as diferentes horas do dia, sem mencionar a radiação solar zero recebida à noite e,
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Porque não vamos usar água quente constantemente, ou seja, na maior parte do dia não usaríamos água, mas quando quiséssemos tomar banho usaríamos muita água quente em muito pouco tempo.
Dimensionamento de um sistema de AQS
Do ponto de vista econômico, não é possível dimensionar uma instalação de energia solar térmica para fornecer toda a água quente de que precisamos durante todo o ano. Neste caso, teríamos que considerar uma instalação muito maior para poder obter uma grande quantidade de energia térmica no inverno.
Uma solução seria jogar fora a água quente e adicionar água fria, mas isso não seria razoável em termos de custo e impacto ambiental.
Existem muitas regulamentações em diferentes países que regem o tamanho das instalações de energia solar térmica para AQS. O objetivo é construí-los para um consumo razoável no verão e ter um sistema de backup quando o sistema não consegue atingir a temperatura desejada da água.
Tipos de instalações de sistemas de AQS
Existem dois tipos de instalações de água quente (ou aquecedores):
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Instalações de água quente sanitária em circuito aberto. A água potável passa diretamente pelos coletores solares. Este sistema reduz custos e é mais eficiente. No entanto, apresenta problemas em áreas com temperaturas muito baixas ou altas concentrações de sal.
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Instalações de água quente sanitária em circuito fechado. Distinguem-se dois sistemas: fluxo por termossifão e fluxo forçado.
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Sistemas instantâneos. Esses sistemas aquecem a água quando necessário.
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Sistemas acumuladores. É o sistema mais comum; A água quente é armazenada em acumuladores térmicos para ser fornecida quando necessário.