Análises paramétricas de trocadores de calor solo-ar acoplados a estruturas galvanizadas
Abstract
Trocadores de calor solo-ar (TCSA) conectam o sistema de ventilação de um
edifício a dutos enterrados, visando aproveitar a inércia térmica do solo para resfriar
ou aquecer edificações. As capacidades de aquecimento e resfriamento de TCSA
dependem de muitos fatores, como clima local, propriedades do solo e projeto da
instalação. Este estudo busca avaliar o desempenho térmico de TCSA acoplando os
dutos a aletas galvanizadas (com alta condutividade térmica) visando melhorar as trocas térmicas com o solo circundante. Em particular, este trabalho adota as condições
do solo e clima (subtropical) da cidade gaúcha de Viamão, cujos dados associados
foram obtidos da literatura referente a uma instalação experimental feita naquela
localidade. As simulações utilizam um modelo analítico validado, conhecido pela sigla
GAEA, o qual depende de estimativas das temperaturas do solo sem os dutos. Nessa
dissertação, tais temperaturas são calculadas via resolução numérica da equação
de conservação de energia, em regime transiente e em domínios bidimensionais,
através de uma combinação dos métodos de elementos finitos e de diferenças finitas.
A pesquisa começa avaliando diferentes configurações de aletas sugeridas pela literatura recente. Em cada caso, foram calculadas estimativas para o valor eficaz anual
(RMS) do potencial térmico do solo. Assim, considerou-se como melhor resultado o
que produziu maior valor RMS com menor custo de material. Em geral, observou-se
também um aumento expressivo (de mais de 90%) na eficiência anual dos TCSA
com a adoção das aletas. Logo, o trabalho prosseguiu com um estudo paramétrico,
verificando as possibilidades de redução do tamanho do duto, mantendo taxas de
eficiência superiores a 70%. Assim, os resultados mostram que se pode reduzir
em quase metade o tamanho da instalação. Por fim, para melhorar a compreensão
da fenomenologia, analisou-se o enriquecimento da condutividade térmica do solo
ao redor dos dutos e como isso afeta o potencial térmico dos TCSA. Verificou-se
que um aumento indiscriminado da condutividade térmica do solo pode não ser benéfica para os TCSA. Portanto, esse tema demanda mais estudos como os feitos aqui.
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