Chaminé solar como elemento indutor de ventilação natural em edificações

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Neves, Leticia de Oliveira, 1980-
Data de Publicação: 2012
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/20.500.12733/1618049
Resumo: Orientador: Maurício Roriz
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spelling Chaminé solar como elemento indutor de ventilação natural em edificaçõesSolar chimney for natural ventilation induction in buildingsVentilação naturalEnergia solarSimulação computacionalNatural ventilationSolar energyComputer simulationOrientador: Maurício RorizTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e UrbanismoResumo: A ventilação natural é uma das estratégias mais importantes para o condicionamento térmico passivo de ambientes internos de edificações, podendo ocorrer por ação dos ventos, por efeito chaminé ou pela combinação de ambos. Em áreas urbanizadas, a velocidade do vento é sensivelmente reduzida pelos obstáculos locais, tornando o efeito chaminé uma alternativa de projeto mais viável, pois independe do vento. Esta pesquisa tem por objetivo investigar o potencial de chaminés solares para promover a ventilação natural em edificações de baixa altura, localizadas em climas típicos do território brasileiro. Desenvolveram-se estudos experimentais, através do monitoramento de uma célula de teste, exposta a condições climáticas reais, e de ensaios em túnel de vento, em modelos de escala reduzida. Desenvolveram-se previsões teóricas, através de um modelo matemático adaptado da literatura especializada e de simulações computacionais. Realizou-se um processo inicial de calibração desses modelos, utilizando como referência os resultados do monitoramento experimental. O processo baseou-se na análise comparativa de algumas variáveis selecionadas, considerando-se dados de temperatura superficial do vidro e da placa absorvedora, temperatura do ar e vazão volumétrica no interior do canal da chaminé. Os resultados indicaram que os modelos teóricos têm potencial de aplicação na avaliação do desempenho de chaminés solares, especialmente o modelo de simulação, em que foram observadas diferenças inferiores a 20% entre resultados medidos e calculados. Em vista disso, o modelo computacional foi selecionado para realização de uma análise dos efeitos da variação de diferentes parâmetros geométricos e construtivos do sistema, incluindo espessura do canal de ar, comprimento da chaminé, inclinação do coletor solar e tipo de vidro utilizado no coletor. Verificou-se a possibilidade do uso de um extensor vertical acoplado à chaminé, de modo a garantir uma diferença de altura constante entre as aberturas de entrada e saída do ar, independentemente da inclinação do coletor. Por fim, o desempenho do sistema foi analisado em função do efeito combinado das componentes térmica e eólica, para uma configuração específica de chaminé. Os resultados indicaram que as chaminés solares têm grande potencial de aplicação como estratégia de resfriamento passivo de edificações localizadas em regiões de baixa latitude. O sistema proposto com chaminé inclinada para máxima irradiância e uso de extensor apresentou um aumento significativo no fluxo de ar, para as cidades analisadas, com resultados desde 40% até acima de 100% superiores aos obtidos em uma chaminé solar inclinada para máximo fluxo de ar por diferença de pressão. Verificou-se que as perdas de carga da chaminé têm importância determinante no seu desempenho, pois afetam linearmente os resultados de fluxo de ar obtidos, sendo, portanto, fundamental a sua correta previsão. A ação dos ventos teve papel determinante no desempenho do sistema, mesmo a baixas velocidades. Se comparados casos sem vento e com vento a 1m/s, por exemplo, obtiveram-se diferenças de até 47% na vazão volumétrica da chaminé, para um estudo de caso analisadoAbstract: Natural ventilation is one of the most important strategies for passive cooling of indoor environments. It can occur by wind forces, by stack effect or by a combination of both strategies. The second choice can be more effective in urban areas, where there are obstacles that block or reduce significantly the wind speed. This research has the aim to analyze the potential of solar chimneys to promote natural ventilation in low rise buildings, located at typical climates of Brazilian territory. Experimental studies were developed, by means of the construction and monitoring of a test cell, under real climatic conditions, and the development of wind tunnel tests, using small scale models. Theoretical predictions were developed using a mathematical model adapted from literature and computer simulation. A calibration procedure was carried out, based on results obtained through the experimental set up. The procedure consisted in a comparative analysis of chosen variables, considering data of glass and absorber surface temperatures, air temperature and volumetric flow rate inside the chimney channel. Results confirm the great potential of applicability of the theoretical models on the performance analysis of solar chimneys, specially the computer simulation, which presented differences lower than 20% between measured and calculated results. Therefore, the simulation model was chosen to perform an analysis of the effects caused by the variation in geometric and constructive parameters of a solar chimney, including air channel depth, chimney length, solar collector tilt and type of glass used on the solar collector. It was also analyzed the possibility of using a chimney extension, which would be responsible to maintain a constant height between inlet and outlet openings, independently from the absorber inclination. Ultimately, the system performance was analyzed considering the combined effect of thermal and wind forces, for a specific configuration of solar chimney. Results confirm the great potential of applicability of solar chimneys as a passive conditioning strategy for low latitude locations. The proposed system with optimum inclination angle for maximum solar irradiation added to a chimney extension presented a significant enhancement of airflow rates, for the studied cities, with results between 40% and more than 100% higher than the results obtained with a solar chimney with inclination angle for maximum airflow, considering the pressure gradient inside the channel. It has been verified that the pressure losses inside the chimney have great importance in its performance, since it affects linearly the airflow results, being essential the correct prediction of these losses. Wind forces have a strong influence on the system's performance, even at low velocities. By comparing situations with no wind and with a 1m/s wind velocity, for example, it were obtained differences of up to 47% in the solar chimney volumetric flow rate, for a case studyDoutoradoArquitetura, Tecnologia e CidadeDoutor em Arquitetura, Tecnologia e Cidade[s.n.]Roriz, MaurícioLabaki, Lucila ChebelKowaltowski, Doris Catharine Cornelie KnatzFaria, João Roberto Gomes deSilva, Fernando Marques daUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e UrbanismoPrograma de Pós-Graduação em Arquitetura, Tecnologia e CidadeUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASNeves, Leticia de Oliveira, 1980-20122012-11-06T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf142 p. : il.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1618049NEVES, Leticia de Oliveira. Chaminé solar como elemento indutor de ventilação natural em edificações. 2012. 142 p. Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1618049. Acesso em: 3 set. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/866232porreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2017-02-18T06:40:05Zoai::866232Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2017-02-18T06:40:05Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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