Simulação energética de uma edificação comercial com fotobiorreatores integrados para redução da carga térmica do sistema de climatização e aproveitamento de energia térmica para aquecimento de água
| dc.contributor.advisor | Oliveira, Raquel Diniz | |
| dc.contributor.advisor-co | Lima, Frederico Romagnoli Silveira | |
| dc.contributor.advisor-coLattes | http://lattes.cnpq.br/5446350175411464 | |
| dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/0005625273834609 | |
| dc.contributor.author | Duarte, Matheus de Andrade | |
| dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/6524028790588253 | |
| dc.contributor.referee1 | Lima, Frederico Romagnoli Silveira | |
| dc.contributor.referee2 | Oliveira, Leandro Soares de | |
| dc.contributor.referee3 | Martins Neto, José Henrique | |
| dc.date.accessioned | 2023-06-07T13:58:39Z | |
| dc.date.available | 2023-06-07T13:58:39Z | |
| dc.date.issued | 2022-08-31 | |
| dc.description.abstract | Há o interesse da diversificação da matriz energética brasileira por meio de fontes renováveis de energia e da expansão da micro e minigeração distribuída. A biomassa de microalgas surge como uma das alternativas para atender tal interesse. O cultivo de microalgas para produção de biomassa pode ser realizado em sistemas chamados fotobiorreatores (FBRs). No início da década de 2010, surgiu na Alemanha o interesse de integrar esses sistemas às edificações para compensar gastos operacionais dos FBRs e, também, para melhorar a eficiência energética dos fotobiorreatores. A proposta dessa integração era que os fotobiorreatores além de produzirem biomassa, que seria convertida em eletricidade para a edificação, poderiam atuar como sistema passivo de climatização no prédio e fornecer calor excedente do cultivo para o sistema de aquecimento da edificação. Com base nessa premissa, o presente trabalho teve como objetivo modelar um sistema de fotobiorreatores em uma edificação comercial no sudeste brasileiro. O foco do presente estudo restringiu-se a dois pontos: primeiro, avaliar o desempenho energético dos fotobiorreatores como sistema passivo de climatização. Nessa etapa, os FBRs foram idealizados em um modelo termoenergético no Energyplus como camada externa da fachada vertical e, depois, como vidraça na fachada. Na segunda etapa do estudo, os fotobiorreatores foram idealizados na cobertura do modelo para realização de um balanço energético. Por meio do cálculo desse balanço no Engineering Equation Solver (EES), foi possível obter o comportamento térmico anual dos fotobiorreatores. Os resultados indicaram que quando idealizados como vidraça da edificação, os fotobiorreatores proporcionam uma redução no consumo energético para climatização do prédio. A menor transmitância visível e o menor coeficiente de ganho de calor por luz solar do fotobiorreator em relação às janelas originais do modelo atuam na redução da carga térmica no interior da edificação. Em relação à temperatura dos FBRs, os resultados indicaram que durante os períodos mais quentes do ano, a temperatura nos fotobiorreatores ultrapassa o limite de temperatura aceitável para produção de biomassa pelas microalgas. Assim, nesses períodos mais quentes, haveria a possibilidade de utilizar o calor excedente dos fotobiorreatores para o sistema de aquecimento de água do prédio ou o armazenamento desse calor por meio de processos geotérmicos. Por fim, os resultados apresentados por esse trabalho buscam oferecer alternativas iniciais para a utilização de fotobiorreatores em edificações. A redução no consumo energético para climatização do modelo com fotobiorreatores como vidraça e a possibilidade de utilizar o calor excedente dos FBRs para o sistema de aquecimento de água da edificação sugerem duas alternativas para a integração desses sistemas em prédios. | |
| dc.description.abstractother | The Brazilian energy matrix diversification is noticed through renewable energy sources and the expansion of micro and distributed mini-generation. Microalgae biomass emerges as one of the alternatives to meet this goal. The cultivation of algae for biomass production can be carried out in systems called photobioreactors. In the early 2010s, Germany integrated these systems into buildings to offset the system's operational expenses and to improve the energy efficiency of photobioreactors. In this proposal, the photobioreactors, in addition to producing biomass, which would be converted into electricity for the building, could act as a passive air conditioning system for the building and providing excess heat from the cultivation for the building heating system. Based on this premise, the present work aimed at modeling a system of photobioreactors in a commercial building in southeastern Brazil. This study was developed according to two points of view: first, it evaluated the energetic performance of photobioreactors as a passive air conditioning system. At this stage, the photobioreactors were idealized in a thermo energetic model on Energyplus as an outer layer of the facade and then as a glazing on the facade. In the second stage of the study, the photobioreactors were idealized in the roof of the model to perform an energy balance. By calculating this balance in the Engineering Equation Solver (EES) it was possible to obtain the annual thermal behavior of the photobioreactor. The results indicated that when idealized as a building glazing, the photobioreactors provide a reduction in energy consumption for the building air conditioning. The lowest visible transmittance and the lowest solar heat gain coefficient of the photobioreactor concerning the original windows of the model act in reducing the thermal load inside the building. Regarding the temperature of the system, the results indicated during the hottest periods of the year, the temperature in the photobioreactor exceeds the temperature limit acceptable for biomass production by algae. Thus, in these warmer periods of the year, there would be the possibility of using the excess heat of the photobioreactor for the building's water heating system or the storage of this heat through geothermal processes. Finally, this work presents results that seek to offer initial alternatives for the use of photobioreactors in buildings. The reduction in energy consumption for air conditioning of the model with photobioreactor as glazing and the possibility of using the excess heat of the photobioreactor for the water heating system of the building suggest two alternatives for the integration of these systems in buildings. | |
| dc.identifier.uri | https://repositorio.cefetmg.br/handle/123456789/231 | |
| dc.language.iso | pt | |
| dc.publisher | Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais | |
| dc.publisher.initials | CEFET-MG | |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica | |
| dc.subject | Energia | |
| dc.subject | Biomassa | |
| dc.subject | Microalgas | |
| dc.subject | Edifícios | |
| dc.title | Simulação energética de uma edificação comercial com fotobiorreatores integrados para redução da carga térmica do sistema de climatização e aproveitamento de energia térmica para aquecimento de água | |
| dc.type | Dissertação | |
| dspace.entity.type |
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