Chaminé solar como elemento indutor de ventilação natural em edificações

Autor(es)

Leticia de Oliveira Neves

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo
• Data de defesa: 2012-11-06

Membros da banca

Maurício Roriz; Lucila Chebel Labaki; Doris Catharine Cornelie Knatz Kowaltowski; João Roberto Gomes de Faria; Fernando Marques da Silva

• Orientador: Maurício Roriz

Resumo

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 analisado (AU)

• Processo FAPESP: 09/02045-6 - Chaminé solar como elemento indutor de ventilação natural em edificações
• Beneficiário: Leticia de Oliveira Neves
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado