Study of seasonal heat storage to increase the use of solar thermal energy with domestic systems

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra.Este trabalho tem como objetivo a conceção e estudo de diferentes configurações de sistemas solares térmicos domésticos para promover a acumulação sazonal de calor, que poderá contribuir, de alguma forma, em ajudar no desenvolvimento de técnicas sustentáveis de otimização de utilização energética, de uma forma limpa e inesgotável. São idealizados três sistemas solares para uma residência familiar de quatro pessoas: sistema solar térmico com carregamento apenas do “depósito solar”, sistema solar térmico de carregamento dos depósitos em série e sistema solar térmico de carregamento dos depósitos em paralelo. As configurações definidas serão implementadas no programa de simulação TRNSYS para teste e pós-processamento de resultados, com vista a identificar a solução que permite atingir, em termos anuais, a maior fração solar e, deste modo, reduzir o consumo de energia não renovável pelo sistema de apoio. Ao longo das simulações serão variadas as áreas de coletores desde 4 m2 até 10 m2 bem como a capacidade de volume de acumulação desde 600 a 1900 litros. Concluiu-se que o sistema solar térmico com maior capacidade em satisfazer as necessidades de consumo anuais utilizando menor quantidade de energia auxiliar e, por conseguinte, o sistema com maior fração solar, foi o sistema solar térmico com carregamento apenas do “depósito solar” para 10 m2 de área de coletores e um volume total de acumulação de 1900 litros. Chegou-se também à conclusão que, para menor volumes totais de acumulação, o modelo que potência a maior fração solar é o sistema solar térmico de carregamento dos depósitos em paralelo.This work aims to design different configurations of domestic solar thermal systems to promote seasonal heat accumulation, which can contribute in some way, in the help of building a sustainable technics for energy use optimization, cleanly and inexhaustible. It’s idealized three solar systems for a family residence of for: solar thermal system charging only the “solar storage”, solar thermal system loading storages in series and solar thermal system loading storages in parallel. The configuration settings will be implemented in TRNSYS simulation program for testing and post-processing of results, in order to identify the solution that achieves, in annual terms, the largest solar fraction and thus reduce non-renewable energy consumption by support system. Throughout simulations will be varied collectors areas from 4 m2 up to 10 m2 and the accumulation volume capacity from 600 to 1900 liters It was concluded that the solar thermal system better able to meet the annual consumption using the smaller amount of auxiliary energy and, therefore, the system with the highest percentage of solar fraction was the solar thermal system charging only the “solar storage” with 10 m2 of collector area and a total volume capacity of 1900 liters of accumulation. It is also concluded that for smaller volumes of accumulation, the model witch power the most solar fraction it’s the solar thermal system loading storages in parallel