Avaliação do desempenho térmico de sistemas de envoltórias acopladas a trocador de calor subterrâneo

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Blasius, Julia Fernanda dos Santos, 1994-
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPR
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1884/70768
Resumo: Orientadora: Prof.ª Dra. Francine Aidie Rossi
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Motivado por estes objetivos de construção mais sustentável, este trabalho apresenta um estudo do desempenho térmico de soluções de envoltória acopladas a um trocador de calor instalado no subterrâneo. Esse sistema de climatização por dutos subterrâneos (SCDS) busca, a partir da alta capacidade térmica do subsolo, estabelecer a climatização de fonte geotérmica ao edifício, reduzindo o consumo energético. Quando acoplado às paredes da envoltória, passa a atuar de forma conjunta, climatizando indiretamente o ambiente interno. Nesse sentido, este estudo propõe a investigação de diferentes materiais e suas propriedades térmicas aplicadas na envoltória, com o intuito de determinar quais materiais e propriedades, em associação ao sistema SCDS, oferecem maior potencial na redução da demanda por climatização. Para isso são formuladas seis soluções de envoltória a partir dos seguintes materiais: cerâmica, madeira e concreto celular, sem isolante térmico, (1A, 2A e 3A); cerâmica, madeira e concreto celular, com isolante térmico em lã de rocha (1B, 2B e 3B). Foram considerados os climas das cidades de Curitiba e Cuiabá, com condições de operação definidas. Duas situações de demanda são consideradas: ocupação mínima e ocupação máxima. Simulações anuais foram conduzidas para a determinação da temperatura interna do ambiente nas diferentes soluções e cidades propostas. Utilizando um intervalo de temperaturas para determinação do conforto, 18ºC como limite para aquecimento e 27ºC como limite para resfriamento, são calculados os graus-hora anuais de demanda de climatização. Os resultados demonstram a influência das soluções de envoltória no desempenho térmico do sistema. Para o clima temperado de altitude de Curitiba, as soluções elaboradas em madeira e concreto, resultam em menores demandas por aquecimento. A adição do isolante térmico potencializa o sistema que, com ocupação máxima, é capaz de operar dentro dos limites de temperatura estabelecidos ao longo de todo o ano. Inversamente, no clima da cidade de Cuiabá, o material que apresenta a menor demanda de climatização no caso de ocupação máxima é a cerâmica. O sistema associado às soluções de envoltória apenas se mostra eficiente na redução da temperatura interna, quando a taxa de produção de calor é reduzida, com baixa densidade ocupacional. Os resultados apresentados colaboram para a compreensão do funcionamento dos sistemas SCDS em diferentes contextos construtivos e climáticos, fornecendo parâmetros de comparação para elaboração de projetos em climas contrastantes como os de Curitiba e Cuiabá. Palavras-chave: Desempenho térmico. Edificações. Envoltória. Trocador de calor subterrâneo.Abstract: To reach a more sustainable constructive solution, one depends on the fulfillment of multiple objectives. The reduction of energy consumption for building air conditioning and the reduction of energy incorporated in the building represent part of this equation. Motivated by the goal of a more sustainable construction, here is presented a study of the thermal performance that evaluates envelope solutions coupled to a heat exchanger installed on the underground. This underground duct air conditioning system (SCDS) seeks, based on the high thermal capacity of the subsoil, to establish the air conditioning of a geothermal source to the building, reducing energy consumption. When coupled to the walls of the envelope, together wall-SCDS, indirectly act acclimating the internal environment. This study proposes the investigation of different materials and their thermal properties applied to the envelope, in order to determine which materials and properties, in association with the SCDS system, offer the greatest potential in reducing the demand for air conditioning. Six envelope solutions were formulated from the following materials: ceramic, wood and cellular concrete, without thermal insulation, (1A, 2A and 3A); ceramic, wood and cellular concrete, with thermal insulation in rock wool (1B, 2B and 3B). The cities of Curitiba and Cuiabá provide the climatic data, also the operating conditions are predefined. Two situations are considered: minimum occupancy and maximum occupancy. Annual simulations were conducted to determine the internal temperature of the environment in different solutions and cities. A temperature range is used to determine comfort, with 18ºC as a limit for heating and 27ºC as a limit for cooling, the annual degrees-hour of demand for air conditioning are calculated. The results demonstrate the influence of the envelope solutions on the thermal performance of the system. For the temperate climate of altitude in Curitiba, the solutions made in wood and concrete, result in lower demands for heating. The addition of thermal insulation enhances the system, which, with maximum occupancy, is capable of operating within the temperature limits established throughout the year. Conversely, in the climate of the city of Cuiabá, the material that has the lowest demand for air conditioning in the case of maximum occupancy is ceramics. The system associated with the envelope solutions is only efficient in reducing the internal temperature, when the rate of heat production is reduced, with low occupational density. The results presented collaborate for the understanding of the functioning of the SCDS systems in different construction and climatic contexts, providing parameters of comparison for the elaboration of projects in contrasting climates like those of Curitiba and Cuiabá. Key-words: Thermal performance. Buildings. Building envelope. Underground heat exchanger.1 arquivo (108 p.) : il.application/pdfEngenharia termicaEdificiosPermutadores termicosCalor - TransmissãoEngenharia CivilAvaliação do desempenho térmico de sistemas de envoltórias acopladas a trocador de calor subterrâneoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALR - D - JULIA FERNANDA DOS SANTOS BLASIUS.pdfapplication/pdf4245652https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/70768/1/R%20-%20D%20-%20JULIA%20FERNANDA%20DOS%20SANTOS%20BLASIUS.pdf1d14929273eef51b428bafbee2ac1c1cMD51open access1884/707682021-07-12 15:04:14.081open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/70768Repositório de PublicaçõesPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestopendoar:3082021-07-12T18:04:14Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
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