Balanço Energético

Como é possível observar pelos resultados obtidos ao longo do presente capítulo, o edifício possuí um desempenho energético elevado segundo a legislação em vigor em Portugal, para qualquer solução escolhida. No entanto, para a obtenção de um balanço energético de energia primária não renovável nulo, é necessária a geração da quantidade necessária de energia proveniente de fontes renováveis, para a satisfação total das necessidades energéticas do edifício.

Idealmente, devem ser instalados equipamentos, que permitam em todos os mo- mentos a satisfação das necessidades energéticas do edifício, algo que como será veri- cado não é obrigatório para a obtenção de um balanço energético nulo, se for gerada energia suciente para compensar a energia não renovável consumida. A utilização de uma caldeira, que consome pellets como combustível, permite a satisfação quer das necessidades de aquecimento, quer das necessidades de aquecimento das águas quen- tes sanitárias. No entanto, estes equipamentos não têm qualquer inuência directa relativamente, à energia eléctrica consumida pelos equipamentos utilizados. Para a produção local de energia eléctrica através de fontes renováveis, são utilizados equipa- mentos como os painéis solares fotovoltaicos (PV ) para a satisfação das necessidades de energia eléctrica, sendo que no presente trabalho será analisada uma solução PV, para a satisfação destas necessidades.

Capítulo 3. Análise e Discussão dos Resultados Obtidos

televisões e impressora), foram obtidos através do TRNSYS. Os seus valores, assim como os valores dos restantes equipamentos, considerados para a simulação dinâmica do edifício, encontram-se representados na tabela 3.52.

Tabela 3.52: Energia consumida anualmente pelos equipamentos domésticos

Equipamento Eelec. Fpu,elec.· Eelec.

[kW h] [kW hEP]

Frigoríco 112,0 [60] 280,0 Congelador 234,0 [61] 585,0 Máquina de lavar loiça 262,0 [62] 655,0 Máquina de lavar roupa 166,0 [63] 415,0 Equipamentos Eléctricos 232,4 581,1

Foi considerado que a energia consumida pelos equipamentos eléctricos12_{, é idêntica}

à térmica e que os computadores encontram-se ligados à rede, sempre que são utilizados, uma consideração que não é realista, mas que representa, o caso mais crítico.

Estas necessidades, serão consideradas no balanço energético de um nZEB, apesar da energia consumida por alguns destes equipamentos (como os computadores) não ser contabilizado no balanço energético, por ser demasiado reduzida ou difícil de prever.

Inicialmente o desempenho de uma caldeira a pellets, será comparado com o de uma caldeira de características idênticas, mas cujo combustível utilizado é o gás natural, de modo a determinar qual o combustível mais barato e qual a melhor solução para a obtenção de um balanço de energia não renovável nulo.

Nesta secção, será realizado um balanço energético, para a solução em que a cli- matização do edifício é feita através do ventiloconvector, em que este se activa sempre que a temperatura se encontra fora dos set-points denidos. Outra consideração é que o mini-chiller, deste modo é possível garantir que a solução adoptada consegue a sa- tisfação das necessidades de energia primária do edifício seja qual for o seu perl de ocupação.

Através do somatório dos consumos mensais das caldeiras, obtiveram-se os resul- tados representados na tabela 3.53.

Tabela 3.53: Necessidades de energia primária totais do edifício, para caldeiras que utilizam cada um dos combustíveis em análise

Bragança Porto Faro Epel.[kW h/ano] 8717,9 6242,8 5092,1

EG.N. [kW h/ano] 8717,9 6242,8 5092,1

Fpu,pel.· Epel.[kW hEP/ano] 8717,9 6242,8 5092,1

Fpu,G.N.· EG.N. [kW hEP/ano] 21794,7 15607,1 12730,4

Os dados da tabela 3.53, comprovam que para a obtenção de um edifício de balanço energético nulo, a utilização de caldeiras que consomem pellets como combustível, é muito mais favorável que as caldeiras que consomem gás natural.

O preço do gás natural é obtido recorrendo à tarifa Lisboagás [64], dependendo este do volume utilizado e da quantidade de energia produzida, o preço das pellets é de

12_{Este valor incluí todos os equipamentos utilizados na habitação, excluindo os utilizados pelos}

sistemas de climatização e de AQS

Capítulo 3. Análise e Discussão dos Resultados Obtidos

100 e/ton. [49]. Utilizando o valor do PCI de cada um dos combustíveis (45,1 MJ/kg para o gás natural e 16,8 MJ/kg para as pellets [50]), é possível calcular a quantidade consumida por cada um deles em kg, dada pela seguinte equação:

ECald.= mi·

P CIi· 103

3600 [kW h] (3.10)

Sendo:

• ECald.: Energia consumida pela caldeira para a satisfação das necessidades ener-

géticas do edifício [kW h];

• mi: Quantidade de combustível consumido para a satisfação das necessidades

energéticas do edifício [kg];

• P CIi: Poder caloríco inferior do combustível utilizado [MJ];

Recorrendo à equação 3.10, obtiveram-se os consumos anuais para cada combus- tível, na respectiva localidade, representados na tabela 3.54.

Tabela 3.54: Massa de combustível consumida pela caldeira (em kg), para as pellets e para o gás natural

Bragança Porto Faro mpel.[kg] 1868,1 1337,7 1091,2

mG.N.[kg] 695,9 498,3 406,5

É possível vericar que é necessário, uma menor quantidade de gás natural para fornecer a mesma energia térmica que as pellets, não signica no entanto, que esta seja a alternativa mais económica.

O preço da tarifa Lisboagás, é obtido em função do volume de gás natural (em m3_{) consumido. O volume será calculado recorrendo à equação:}

mG.N.= ρG.N.· VG.N. [kg] (3.11)

Em que o valor de ρG.N.é de 0,8404 kg/m3[50]. O volume de gás natural consumido

em cada localidade, encontra-se representado na tabela 3.55.

Tabela 3.55: Volume de Gás Natural (m3_{), consumido pela caldeira} Bragança Porto Faro

VG.N.[m3] 828,0 593,0 483,7

O preço do gás natural é variável ao longo do tempo, mas tomando como referência os valores da tarifa Lisboagás, o seu preço será de 0,0649 e/kW h [64] para Porto e Bragança e de 0,0690 e/kW h [64] para Faro.

É possível deste modo concluir, que as pellets são combustível mais barato, para as aplicações em estudo.

Capítulo 3. Análise e Discussão dos Resultados Obtidos

A equação 3.12 representa o balanço energético do edifício, ao nível da energia primária proveniente de fontes de energia não renováveis, em que o segundo membro representa a diferença entre a energia primária provenientes de fontes não renováveis, consumida pelo edifício e a energia primária não renovável, que é possível obter local- mente. EEP,nren = n X i Edel.,i· fdel.,nren,i− n X i

Eexp.,i· fexp.,nren,i [kW hEP,nren] (3.12)

Em que:

• EEP,nren: Energia primária não renovável [kW hEP,nren];

• Edel.,i: Energia primária consumida proveniente da rede, ou de outras fontes de

energia locais, para autoconsumo [kW hEP];

• fdel.,nren,i: Factor não renovável da energia primária consumida [kW hEP,nren/kW hEP];

• Eexp.,i: Energia primária exportada para a rede [kW hEP];

• fexp.,nren,i: Factor não renovável da energia primária gerada localmente[kW hEP,nren/kW hEP];

A energia eléctrica gerada pelos colectores, é 100% renovável, logo se o seu valor, for igual ou superior, ao da energia não renovável que seria consumida, o balanço será nulo ou menor que 0, respectivamente.

Devido à utilização obrigatória de inversores para converter a corrente da energia eléctrica gerada, nem toda a energia gerada pelos colectores é aproveitada, para efeitos de cálculo será considerado o pior rendimento dos disponíveis no mercado, que é de cerca de 90% [45]. A energia primária que é necessária de gerar pelos colectores, terá portanto que ser pelo menos cerca de 1,11 vezes maior que as necessidades de energia eléctrica do edifício, de modo a atingir-se de um balanço energético nulo.

As tabelas 3.56 e 3.57 mostram o número de módulos necessários, para ser possível a obtenção deste balanço, se o combustível utilizado pelas caldeiras for pellets, depen- dendo este número, de parâmetros como a radiação incidente em cada localidade, a inclinação dos colectores, ou o seu rendimento, que depende da marca.

A energia primária obtida através de cada um dos colectores é representada por ESU N.,EP, para o colector E20/27 e por ERen.,EP, para o colector JC235M-24/Bb.

Capítulo 3. Análise e Discussão dos Resultados Obtidos

Tabela 3.56: Energia primária anual gerada, através da utilização de colectores fotovoltaicos da marca E20/327 de modo a obter um balanço de energia primária não renovável, nulo ou maior se o combustível for pelletes

Localidade Inclinação do Co- lector [o_] Número de Módulos [kW hEdel.EP] fdel.,nren [kW hEP,nren/kW hEP] Edel.,nren [kW hEP,nren] ESU N.,EP [kW hEP] Bragança 41,82_10,49 4₄ 5395,5_5395,5 0,59_0,59 3183,3_3183,3 3802,3_3581,3 Porto 41,15_10,49 4₄ 4328,5_4328,5 0,59_0,59 2553,8_2553,8 3735,0_3522,8 Faro 37,02_10,49 3₄ 4399,8_4399,8 0,59_0,59 2596,0_2596,0 3029,5_4287,8

Tabela 3.57: Energia primária anual gerada, através da utilização do colector da Renesola, JC235M-24/Bb de modo a obter um balanço de energia primária não renovável nulo, ou maior se o combustível for pellets

Localidade Inclinação do Co- lector [o_] Número de Módulos [kW hEdel.EP] fdel.,nren [kW hEP,nren/kW hEP] Edel.,nren [kW hEP,nren] ERen.,EP [kW hEP] Bragança 41,82_10,49 5₅ 5395,5_5395,5 0,59_0,59 3183,3_3183,3 3853,5_3647,8 Porto 41,15_10,49 5₅ 4328,5_4328,5 0,59_0,59 2553,8_2553,8 3799,8_3599,0 Faro 37,02_10,49 4₄ 4399,8_4399,8 0,59_0,59 2596,0_2596,0 3478,8_3295,5

É possível vericar, que é necessária uma menor quantidade de colectores sola- res fotovoltaicos E20/27 da Sunpower, para a satisfação das necessidades de energia eléctrica, em relação aos colectores solares fotovoltaicos JC235M-24/Bb da Renesola. A única excepção verica-se em Faro, no entanto, é visível a produção de uma maior quantidade de energia eléctrica, para o colector da Sunpower.

Uma vez mais, verica-se que a inclinação equivalente à latitude do local, permite a captação de uma maior quantidade de energia, relativamente à inclinação equivalente à do tecto. Logo, se for possível a instalação dos colectores, num local seguro e sem obstruções, a sua instalação será mais favorável que a instalação no tecto, até porque, se a sua inclinação for xa no tecto, ele só poderá ser instalado numa posição, sendo estas conclusões idênticas às vericadas para os colectores do sistema de aquecimento das AQS.

Apesar de ser mais caro, poderá compensar a instalação de colectores solares da marca E20/27 da empresa Sunpower, pois é possível obter uma quantidade de energia de origem renovável muito superior, podendo deste modo compensar o seu maior custo individual. Estes colectores têm uma elevada durabilidade e melhores condições de manutenção, assim como uma garantia de 25 anos, pelo que os seus custos de manutenção serão assim menores relativamente aos colectores JC235M-24/Bb da marca Renesola13_{, é também expectável que o colector da Sunpower tenha um tempo}

de vida maior. Não existe contudo, informação suciente disponibilizada por ambas as empresas, para uma análise económica com rigor suciente para determinar qual a

Capítulo 3. Análise e Discussão dos Resultados Obtidos melhor solução em termos económicos.

O custo de um painel E20/27 da Sunpower não se encontra disponível no site da empresa, enquanto que um painel JC235M-24/Bb da Renesola tem o seu preço avaliado em 177,60 e [65]. A equação 3.13, permite calcular o valor recebido pela venda da energia em excesso à rede [66].

Rm = Eexcm· OM IEm· 0, 9 [e] (3.13)

Em que:

• Rm: Valor recebido pela venda da energia em excesso à rede, relativa ao mês

"m"[e];

• Eexcm: Energia em excesso, produzida pelos colectores solares fotovoltaicos, no

mês "m"[kW h];

• OM IEm: Valor resultante da média aritmética simples dos preços de fecho do

Operador do Mercado Ibérico de Energia (OMIE) para Portugal (mercado diário), relativos ao mês "m"14 _{[e/kW h];}

Para uma potência instalada acima de 1,5 kW , é obrigatório o pagamento de uma compensação mensal pela potência adicional [66], traduzido pela equação 3.14.

CU P AC,m = PU P AC · VCIEG,a· Ka [e] (3.14)

Sendo que:

• CU P AC,m: A compensação paga no mês "m"por cada kW de potência instalada,

que permita recuperar uma parcela dos custos decorrentes de medidas de política energética, de sustentabilidade ou de interesse económico geral (CIEG) na tarifa de uso global do sistema, relativa ao regime de produção de eletricidade em autoconsumo [e];

• PU P AC: O valor da potência instalada na UPAC, constante no respetivo certi-

cado de exploração [kW ];

• VCIEG,a: O valor que permite recuperar os CIEG da respectiva UPAC, no ano

"s"nos termos do número seguinte [e/kW ];

• Ka: Coeciente de ponderação, entre 0% e 50%, a aplicar ao VCIEG,t tendo em

consideração a representatividade da potência total registada das UPAC no SEN (Sistema Elétrico Nacional), no ano "s";

No entanto, no nal do ano 2013 a potência correspondente a 1% da potência instalada no SEN, equivalia a 180 MW [67], valor muito superior à potência instalada no presente caso de estudo, logo não será paga qualquer compensação.

14_{O seu preço é admitido xo e constante no valor de 0,1367 e/kW h, admitindo uma potência}

inferior a 2,3 kV A [48]