Modeling of composite walls for passive thermal comfort in buildings

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Mondlane, Mário Ventura, 1988-
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/15949
Resumo: Orientador: Kamal Abdel Radi Ismail
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spelling Modeling of composite walls for passive thermal comfort in buildingsModelagem de paredes térmicas para conforto térmico passivo em edifíciosParedesCondutividade térmicaConforto térmicoCalor - TransmissãoMaterial de mudança de faseWallsThermal conductivityThermal comfortHeat - TransmissionPhase change materialOrientador: Kamal Abdel Radi IsmailTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecânicaResumo: Ao analisar o consumo final de energia elétrica no setor residencial, encontra-se a climatização de edifícios como o principal consumidor de energia, perto de 50% do consumo de um edifício residencial. A principal motivação para a escolha do tema deste trabalho, é a atual realidade energética e ambiental, tendo a necessidade urgente de responder a essa realidade no setor de construção. Portanto, o trabalho baseia-se na busca de soluções passivas que ajudem a reduzir o consumo excessivo de energia e as emissões de CO2 dos edifícios em novos projetos e já existentes. O objeto de estudo são aplicações inovadoras, baseadas no uso de materiais armazenadores de calor e com poderoso efeito térmico. Uma alternativa é o uso de armazenadores térmicos por calor latente, através da aplicação dos materiais de mudança de fase (Phase Change Materials PCMs). Os PCMs são substâncias com um calor de fusão muito alto, capazes de armazenar maior quantidade de energia térmica por curto prazo, sem exigir aumentos significativos de peso ou volume. Essas características as tornam ideais para reduzir o consumo relacionado ao condicionamento térmico ativo, em edifícios. Sendo assim neste trabalho, foram modeladas numericamente, paredes térmicas que representam as envoltórias de um edifício que possam estabelecer bases para a otimização integral das aplicações com armazenamento de energia térmica por calor latente, identificando e validando suas variáveis mais relevantes. A pesquisa consistiu em estudo bibliográfico, estudo experimental laboratorial, em que se estimou a condutividade térmica das paredes de tijolo maciço comum e, estudo numérico, em que se desenvolveu um código numérico, para simular as paredes simples e compostas, integrando o material isolante e armazenador de energia, tal como: ar atmosférico confinado, água estagnada, pedra brita e parafina. Os resultados são satisfatórios no que tange ao conforto térmico em edifícios, pois, a temperatura máxima interna foi: 24,5ºC na cavidade de 1 cm de ar confinado, 23,8ºC para 5 cm de água estagnada, 33,4ºC para 5 cm de pedra brita e abaixo de 24ºC para espaços superiores de 5 cm de PCMAbstract: When analyzing the final consumption of electrical energy in the residential sector, the air conditioning of buildings is the main energy consumer, close to 50% of the consumption of a residential building. The main motivation for choosing the theme of this work is the current energy and environmental reality, with the urgent need to respond to this reality in the construction sector. Therefore, the work is based on the search for passive solutions that help reduce excessive energy consumption and CO2 emissions from buildings in new and existing projects. The object of study are innovative applications, based on the use of heat-storing materials with powerful thermal effects. An alternative is the use of latent heat thermal stores, through the application of phase change materials (PCMs). PCMs are substances with a very high heat of fusion, capable of storing a greater amount of thermal energy for the short term, without requiring significant increases in weight or volume. These characteristics make them ideal for reducing consumption related to active thermal conditioning in buildings. Therefore, in this work, thermal walls that represent the envelopes of a building were numerically modeled and can establish bases for the integral optimization of applications with thermal energy storage through latent heat, identifying and validating its most relevant variables. The research consisted of a bibliographical study, an experimental laboratory study, in which the thermal conductivity of common solid brick walls was estimated, and a numerical study, in which a numerical code was developed to simulate simple and composite walls, integrating the insulating material and energy store, such as: confined atmospheric air, stagnant water, crushed stone and paraffin. The results are satisfactory in terms of thermal comfort in buildings, as the maximum internal temperature was: 24.5ºC in the cavity of 1 cm of confined air, 23.8ºC for 5 cm of stagnant water, 33.4ºC for 5 cm of crushed stone and below 24ºC for spaces greater than 5 cm of PCMAbertoDoutoradoTérmica e FluídosDoutor em Engenharia MecânicaCAPES88881.284138/2018-01[s.n.]Ismail, Kamal Abdel Radi, 1940-Scalon, Vicente LuizBizzo, Waldir AntônioSilveira Júnior, VivaldoSilva, Raquel da Cunha Ribeiro daUniversidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASMondlane, Mário Ventura, 1988-20232023-10-31T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf1 recurso online (176 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/15949MONDLANE, Mário Ventura. Modeling of composite walls for passive thermal comfort in buildings. 2023. 1 recurso online (176 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/15949. 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