Ruth da Silva Brum

SIMULAÇÃO NUMÉRICA E DESIGN CONSTRUTAL APLICADOS À ANÁLISE DE UM TROCADOR DE CALOR SOLO-AR PARA O APROVEITAMENTO DO POTENCIAL ENERGÉTICO DO SOLO

O Trocador de Calor Solo-Ar (TCSA) vem sendo estudado como uma alternativa importante para melhorar a condicao termica de edificacoes. O solo, por sua vez, desempenha papel fundamental no principio de funcionamento do TCSA, pois e o agente que promove a troca de calor com o ar. O metodo Design C onstrutal aliado a simulacao numerica permite estudos sobre a configuracao geometrica de instalacoes de TCSA com o intuito de maximizar o seu desempenho termico. O principal objetivo deste trabalho e analisar cinco diferentes tipos de instalacoes de TCSA ut i lizando o metodo Design Construtal. Essas instalacoes foram dispostas na profundidade de referencia indicada na literatura com o intuito de aproveitar o potencial energetico do solo nesta regiao. Os resultados mostram que e possivel encontrar a instalacao que proporcionou o maior desempenho termico do TCSA, bem como a configuracao do arranjo dos dutos. Alem disso , na medida em que a configuracao do arranjo de dutos foi se tornando mais complexa, isto e, havendo um aumento na quantidade de dutos na instalacao, presen ci ou -se uma melhoria significativa no desempenho termico do TCSA. Isso se deu aliado a diminuicao dos respectivos diâmetros dos dutos, mantendo constante neste processo a vazao total da instalacao. No entanto, a principal contribuicao deste estudo foi o aproveitamento da energia termica do solo na profundidade de referencia, principalmente para aplicacao em periodos quentes do ano. Portanto, as instal a coes de TCSA dispostas nesta regiao proporcionaram os melhores desempenhos t e rmicos de TCSA para re s friamento, quando comparadas com as referencias encontradas na literatura.

ESTUDO DO POTENCIAL TÉRMICO DE TROCADOR DE CALOR SOLO-AR EM DOIS TIPOS DE SOLOS NO MUNICÍPIO DE RIO GRANDE (RS)

A engenharia contemporânea evolui no sentido do desenvolvimento de metodos e aplicacoes para utilizacao de energias renovaveis visando minimizar acoes danosas ao meio ambiente. O solo, por sua vez, desempenha importante papel no principio fisico de funcionamento do Trocador de Calor Solo-Ar (TCSA), pois ora cede, ora absorve o calor para o ar, que escoa no interior dos dutos. Consequentemente, as propriedades termofisicas do solo influenciam no desempenho termico do TCSA. Entao, o objetivo deste trabalho e estimar o desempenho termico do TCSA para dois diferentes perfis geotecnicos de solos considerados. Para isso, a modelagem computacional foi essencial para o desenvolvimento deste trabalho. Atraves dos resultados obtidos, foi constatado que, o TCSA, quando instalado em solo com caracteristica argilosa, apresenta melhor desempenho termico se comparado a uma instalacao em solo arenoso. Tambem se constatou que nem sempre o potencial de resfriamento e aquecimento do TCSA aumenta com a profundidade de instalacao do duto. O perfil geotecnico do solo tem influencia fundamental no desempenho do TCSA, sendo necessario considerar suas caracteristicas para um projeto adequado deste dispositivo. Dessa forma, a principal contribuicao deste trabalho consistiu no desenvolvimento de metodologia para avaliar distintos perfis de solo para modelagem de TCSA. Palavras-chave : Trocador de Calor Solo-Ar, propriedades termofisicas, potencial termico.

A CONSTRUCTAL DESIGN OF EARTH-AIR HEAT EXCHANGERS COMPOSED BY FOUR DUCTS

The Earth-Air Heat Exchangers (EAHE) systems offer an environmental friendly way to reduce the use of nonrenewable energy for air conditioning by taking advantage of the thermal inertia of the ground, where the temperatures lag those on the surface, mainly in the summer and winter. For this, the EAHE make use of underground ducts where the ambient air is blown, to receive or lose part of its heat from/to the surrounding soil, and, finally, enter a building as conditioned air. Many works in the literature have focused in the thermal performance of EAHE composed by only one duct, and it is well known, for instance, that it can be improved to some extent by increasing the ducts size and/or reducing their diameter. However, to use the results of those papers, one needs to take the ducts far apart from each other, to avoid their mutual thermal influences. Taking a different approach, this article aims to explore new layouts to build EAHE with four ducts. Employing the constructal design method, this work presents as results the best spacings among the ducts in order to improve the heat transfer between soil and air, increasing the EAHE thermal potential. This is done varying the ratio between the vertical and horizontal spaces among the ducts, up to limiting global constraints, and using several simulations of the temperature fields in the ducts, with a verified and validated three-dimensional computational model.