Solar thermal system with seasonal storage

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaNuma habitação, a maioria das necessidades energéticas para o seu aquecimento e para a preparação das águas quentes sanitárias podem ser satisfeitas através da energia solar. Todavia a intermitência e desfasamento entre a sua disponibilidade e utilização tornam numa tarefa desafiadora. Nesta dissertação faz-se o dimensionamento de um sistema solar térmico que satisfaça a maioria dessas necessidades. Este sistema foi implementado num modelo de habitação com 120 m2 situado em Coimbra, habitada por quatro pessoas. Recorrendo ao software TRNSYS, conclui-se que o sistema com um tanque de armazenamento sazonal de 40 m3 e com uma área total de coletores solares de 25,1 m2 é possível atingir uma fração solar anual total de 97 %. As necessidades energéticas calculadas para o aquecimento dos compartimentos e para a preparação da água quente sanitária foram de 13,6 GJ e 8,4 MJ, respetivamente. Neste caso, a fração solar anual para água quente sanitária foi de 95 % e para o aquecimento da habitação foi de 98,3 %. Ao longo do estudo, selecionou-se um volume do tanque das águas quentes sanitárias de 130 L, uma inclinação dos coletores solares de 45 º, uma espessura do isolamento térmico de 40 cm e uma relação entre altura e diâmetro do tanque sazonal igual a um. Por fim, implementou-se este sistema no modelo de habitação em diferentes zonas climáticas de Portugal e comparam-se os novos resultados obtidos. Esta dissertação poderá servir de incentivo para a realização de novos estudos de implementação de sistemas de armazenamento térmico sazonal em Portugal, bem como a sua análise económica.In a home, most of the energy needs for heating and preparing domestic hot water can be met through solar energy. However, the intermittence and lag between its availability and use make it a challenging task. In this dissertation, the design of a solar thermal system that satisfies most of these needs is done. This system was implemented in a 120 m2 housing model located in Coimbra, inhabited by four people. Using the TRNSYS software, it can be concluded that the system with a 40 m3 seasonal storage tank and a total solar collector area of ​​25.1 m2 can achieve a total annual solar fraction of 97%. The calculated energy requirements for heating the compartments and for preparing domestic hot water were 13.6 GJ and 8.4 MJ, respectively. In this case, the annual solar fraction for domestic hot water was 95 % and for home heating it was 98.3%. Throughout the study, a sanitary hot water tank volume of 130 L was selected, a solar collectors inclination of 45 º, a thermal insulation thickness of 40 cm and a ratio between height and diameter of the seasonal tank equal to one . Finally, this system was implemented in the housing model in different climatic zones of Portugal and the new results obtained are compared. This dissertation may serve as an incentive to carry out new studies on the implementation of seasonal thermal storage systems in Portugal, as well as its economic analysis