NUMERICAL DEVELOPMENT AND OPTIMIZATION OF THERMAL STORAGE SYSTEMS BY PHASE CHANGE

The building sector accounts for a large portion of energy consumption and carbon dioxide emissions in Europe reducing buildings energy footprint can bring significant decreases in energy consumption. In this specific case, reducing the energetic footprint in residential buildings is a step in the right direction. One way of achieving this is using renewable en- ergies, however these have unreliable production windows, often with a mismatch between production and demand. Using the technical solutions presented here, this mismatch is bridged storing energy whenever it is available to use it when need, even when not available, thermally storing the energy. It was studied the behaviour of Phase Change Materials (PMCs) in heat exchanging and thermal energy storage applications using Computational Fluid Dynamic (CFD) tools. The work presented here successfully developed several tech- nical solutions of heat exchangers for different thermal storage systems components and applications using PCMs, specifically the heat exchangers that would allow for the maxi- mum benefit to use from the PCMs properties in order to heat, cool and provide domestic hot water (DHW) by means of a geothermal heat pump coupled with PCM enhanced bore- holes . The heat exchangers developed are to be employed in the domestic storage tanks applications and in the geothermal boreholes, thus storing renewable energy from solar and geothermal sources for domestic use. Additionally, developing heat exchangers that allow either macro or microscopic encapsulation usage of PCM to help maintain the underground soil average temperature in order to benefit from geothermal heat pump efficiency. It was concluded from these applications that a good methodology was achieved that allows for thermal storage system based on PCMs to be used in residential dwellings either already existing and retrofitted or designed specifically for new residences and successfully decrease their overall energy consumption and carbon footprint.O sector dos edifícios corresponde a uma grande porção do consumo energético e emissões de dióxido de carbono na Europa. Ajudar a reduzir a pegada energética dos edifícios pode trazer reduções significativas no consumo de energia. Neste caso, reduzir a pegada ener- gética de edifícios residenciais é um passo na direção certa. Uma maneira de atingir este objetivo é utilizando energias renováveis. Contudo estas tendem a ter intervalos de produ- ção pouco fiáveis, em que as fases de produção e de consumo têm um desfasamento entre si. Com as soluções técnicas apresentadas este desfasamento é minorado, armazenando termicamente a energia quando disponível para que possa ser utilizada quando necessária. Foi estudado o comportamento de Materiais de Mudança de Fase (PCM em inglês) para aplicações de permuta de calor e armazenamento térmico de energia utilizando ferramen- tas de simulação de Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD em inglês).O trabalho apresentado desenvolveu várias soluções técnicas de permutadores de calor para diferentes componentes de sistemas de armazenamento térmico recorrendo a PCMs, especificamente permutadores que permitem tirar o beneficio máximo da propriedades térmicas endémicas do PCM para aquecer, arrefecer e fornecer águas quentes sanitárias (AQS) através de uma bomba de calor geotérmica combinada com furos geotérmicos otimizados com PCMs . Os permutadores de calor foram desenvolvidos para serem instalados em tanques de armazena- mento e em furos geotérmicos, armazenando energia renovável solar e geotérmica para uso doméstico. Adicionalmente, procurou desenvolver-se os permutadores de calor dos furos geotérmicos de modo a permitir a utilização do encapsulamento macro ou microscópico dos PCMs procurando alcançar a manutenção da temperatura média do subsolo, de modo a beneficiar a eficiência da bomba de calor geotérmica. Pode ser concluído destas aplicações que uma boa metodologia foi desenvolvida que permite a utilização de um sistema de ar- mazenamento térmico com base em PCMs que possa ser utilizado em edifícios residenciais, novos, ou já existentes através de uma remodelação técnica das instalações e reduzir o consumo energético dos mesmos bem como a pegada de carbono

Desenvolvimento e otimização de um sistema de coleta térmica aplicado a painéis solares do tipo PV/T

Dissertação de Mestrado em EnergiaNesta dissertação procura-se estudar, compreender e otimizar o funcionamento de coletores solares que recorrem a tubos de calor para a produção de calor e consequentemente para aquecimento de águas quentes sanitárias (AQS). Nessa mesma linha de raciocínio procurar-se-á compreender o funcionamento dos tubos de calor de modo a que seja possível usufruir ao máximo das suas capacidades de transferência de calor para o efeito desejado. Este trabalho tem em vista uma aplicação posterior para um sistema de painéis híbridos térmicos e fotovoltaicos (PV/T) para a produção tanto de calor como de eletricidade para edifícios. Para a análise do funcionamento dos componentes recorreu-se tanto a ferramentas de computação de dinâmica de fluidos (CFD) para criação de modelos de simulação com diferentes geometrias, bem como a ensaios laboratoriais de tubos de calor e cabeçotes dos coletores, com equipamentos de medição e recolha de dados. Com o tratamento e introdução dos dados relevantes no modelo de computação é possível apresentar um modelo de coletores com uma geometria que permite uma melhor captação de calor para produzir AQS. Os resultados indicam que, apesar da geometria clássica aplicada em cabeçotes dos coletores típicos, há geometrias com uma maior capacidade de transferência de calor que permitem melhorar consideravelmente o desempenho dos sistemas de coletores que utilizam heatpipes