Armazenamento térmico de calor sensível

Abstract

Há no mundo um aumento contínuo na demanda de energia e métodos alternativos de produção energia vem sendo cada vez mais procurados. O Brasil se caracteriza por possuir um clima predominantemente tropical em grande parte de seu território, porém existem cidades, no Sul, por exemplo, que experimentam temporadas de frio intenso e, devido ao alto custo da energia elétrica é difícil que a população use de forma contínua sistemas de aquecimento elétrico residencial. Existem vários sistemas de aquecimento residencial, entre eles estão os aquecedores por resistência elétrica, a óleo, de cerâmica, por halogéneo, bomba de calor, lareiras, patio heater, piso radiante, e também os que usam a energia de biomassa e energia solar. Esse trabalho tem por objetivo desenvolver um sistema de aquecimento térmico residencial por armazenamento térmico de calor sensível de baixo custo, usando energia solar fotovoltaica para sua carga térmica. Para isso foram testados 3 materiais de baixo custo e facilmente encontrados em lojas de materiais de construção. Entre eles tem-se concreto, mistura de gesso e areia e tijolo refratário. Para esses materiais foram avaliados experimentalmente o calor específico, a massa específica e a condutividade térmica. Também foram verificadas suas curvas de aquecimento por resistência elétrica com potência controlada. Os testes demonstraram que, embora o concreto seja mais barato e necessita de menos volume, a mistura de gesso e areia possui uma solução intermediária em termos de custo-benefício, equilibrando assim suas propriedades térmicas e custo, embora, mais estudos possam ser realizados para demonstrar suas vantagens. Por fim, a análise de custo mostrou que o sistema completo usando energia sola fotovoltaica para um requerimento térmico de 1500W, 6h/dia tem um custo estimado de R$ 3857,25, com retorno financeiro em aproximadamente 1 ano e 7 meses comparado ao uso aquecedor por resistência elétrica.

There is a continuous increase in energy demand worldwide, and alternative energy production methods are being sought with increasing frequency. Brazil is characterized by a predominantly tropical climate across most of its territory; however, there are cities, especially in the South, that experience intense cold seasons. Due to the high cost of electricity, it is difficult for people in these regions to use residential electric heating systems continuously. There are several residential heating systems, including electric resistance heaters, oil heaters, ceramic heaters, halogen heaters, heat pumps, fireplaces, patio heaters, underfloor heating, and those that use biomass and solar energy. This study aims to develop a residential thermal heating system using low-cost sensible heat storage, using photovoltaic solar energy for its thermal load. For this purpose, three low-cost materials that are easily found in construction material stores were tested. These materials include concrete, a mixture of plaster and sand, and refractory bricks. Specific heat, specific mass, and thermal conductivity were experimentally evaluated for these materials. Their heating curves were also verified using electrical resistance with controlled power. The tests showed that, although concrete is cheaper and requires less volume, the plaster and sand mixture offers an intermediate solution in terms of cost-benefit, thus balancing its thermal properties and cost. However, further studies can be carried out to demonstrate its advantages. Finally, the cost analysis showed that the complete system using solar photovoltaic energy for a thermal requirement of 1500 W, 6h/day has an estimated cost of R$ 3,857.25, with a financial return in approximately 1 year and 7 months compared to the use of an electrical resistance heater.