Devido à climatização dos ambientes internos condicionar o bem estar e o conforto térmico das pessoas é que se fazem necessárias novas pesquisas que procurem potencializar as tecnologias existentes e reduzir tanto os custos de instalação quanto o consumo de energia. É sabido que os sistemas convencionais de calefação proporcionam um alto consumo de energia e uma emissão de níveis de ruído muitas vezes inaceitáveis, entretanto os sistemas radiantes ganham, a cada dia, uma maior abrangência como alternativa de climatização devido às suas vantagens comparativas com relação aos sistemas convencionais. O emprego de sistemas de calefação por piso radiante em muitos países é limitada pelo preço da instalação como consequência do elevado custo dos materiais como é o caso da fabricação das tubulações. Estas geralmente são fabricadas de polietileno ou de cobre, sendo este ultimo o que entrega um maior desempenho térmico e, por conseguinte um melhor fornecimento de energia, mas o elevado custo deste material restringe o seu uso principalmente ao setor residencial, podendo atingir um mercado maior que compreenda edifícios públicos, de escritório, escolas, hospitais, etc. Com isso, este trabalho procura reduzir a quantidade de materiais de tubulação necessários para garantir o desempenho do sistema e o conforto térmico de uma habitação aquecida com um sistema radiante. Para isto, foi desenvolvida a resolução numérica do modelo matemático da transferência de calor no interior do piso pelo método dos volumes finitos na formulação implícita e implementada em código computacional na linguagem Matlab. Para isto, foram considerados dois parâmetros fundamentais para garantir o conforto térmico da habitação que correspondem à temperatura da água e a distancia entre os tubos que compõem o sistema. A análise corresponde ao cálculo da temperatura superficial do piso para distintas temperaturas da água e distintas distâncias, obtendo resultados interessantes que permitem reduzir o custo da instalação em até um 40%. / Due to temperature control of interiors conditioning the well-being and the thermal comfort of people, it is necessary to make new researches aiming to improve the existing technologies and to reduce both installation costs and energy consumption. It is known that the use of traditional heating systems involves high energy consumption and, in some cases, unacceptable noise levels; while radiant systems are gaining a wider scope as a heating alternative due to its advantages compared to conventional systems. The use of radiant floor heating systems in Brazil is limited by installation cost due to the high price of required materials. This fact restricts the use of these systems primarily to the residential sector. However, it may be possible for this technology to reach a larger market, including public buildings, offices, schools and hospitals. Therefore, to optimize the most relevant design parameters relating to the thermal performance of the system and reduce both the amount of required materials and the system operating time, this paper elaborates on a method consisting of a high-resolution numerical mathematical model of the heat transfer within a floor using a finite control volume method with an implicit solution scheme. In this work, we consider how the properties of the materials, environmental thermal comfort factors and the performance of the system work together with the theoretical underpinnings of the heat transfer phenomenon to define the design parameters to optimize the materials and provide greater control over the energy consumption. This optimization is achieved without changing any environmental thermal comfort conditions or the well-being of the occupants. Finally, a numerical solution for the heat transfer within the floor is implemented using the computer code Matlab.

Devido à climatização dos ambientes internos condicionar o bem estar e o conforto térmico das pessoas é que se fazem necessárias novas pesquisas que procurem potencializar as tecnologias existentes e reduzir tanto os custos de instalação quanto o consumo de energia. É sabido que os sistemas convencionais de calefação proporcionam um alto consumo de energia e uma emissão de níveis de ruído muitas vezes inaceitáveis, entretanto os sistemas radiantes ganham, a cada dia, uma maior abrangência como alternativa de climatização devido às suas vantagens comparativas com relação aos sistemas convencionais. O emprego de sistemas de calefação por piso radiante em muitos países é limitada pelo preço da instalação como consequência do elevado custo dos materiais como é o caso da fabricação das tubulações. Estas geralmente são fabricadas de polietileno ou de cobre, sendo este ultimo o que entrega um maior desempenho térmico e, por conseguinte um melhor fornecimento de energia, mas o elevado custo deste material restringe o seu uso principalmente ao setor residencial, podendo atingir um mercado maior que compreenda edifícios públicos, de escritório, escolas, hospitais, etc. Com isso, este trabalho procura reduzir a quantidade de materiais de tubulação necessários para garantir o desempenho do sistema e o conforto térmico de uma habitação aquecida com um sistema radiante. Para isto, foi desenvolvida a resolução numérica do modelo matemático da transferência de calor no interior do piso pelo método dos volumes finitos na formulação implícita e implementada em código computacional na linguagem Matlab. Para isto, foram considerados dois parâmetros fundamentais para garantir o conforto térmico da habitação que correspondem à temperatura da água e a distancia entre os tubos que compõem o sistema. A análise corresponde ao cálculo da temperatura superficial do piso para distintas temperaturas da água e distintas distâncias, obtendo resultados interessantes que permitem reduzir o custo da instalação em até um 40%. / Due to temperature control of interiors conditioning the well-being and the thermal comfort of people, it is necessary to make new researches aiming to improve the existing technologies and to reduce both installation costs and energy consumption. It is known that the use of traditional heating systems involves high energy consumption and, in some cases, unacceptable noise levels; while radiant systems are gaining a wider scope as a heating alternative due to its advantages compared to conventional systems. The use of radiant floor heating systems in Brazil is limited by installation cost due to the high price of required materials. This fact restricts the use of these systems primarily to the residential sector. However, it may be possible for this technology to reach a larger market, including public buildings, offices, schools and hospitals. Therefore, to optimize the most relevant design parameters relating to the thermal performance of the system and reduce both the amount of required materials and the system operating time, this paper elaborates on a method consisting of a high-resolution numerical mathematical model of the heat transfer within a floor using a finite control volume method with an implicit solution scheme. In this work, we consider how the properties of the materials, environmental thermal comfort factors and the performance of the system work together with the theoretical underpinnings of the heat transfer phenomenon to define the design parameters to optimize the materials and provide greater control over the energy consumption. This optimization is achieved without changing any environmental thermal comfort conditions or the well-being of the occupants. Finally, a numerical solution for the heat transfer within the floor is implemented using the computer code Matlab.

O objetivo principal desta pesquisa é analisar a influência da transmitância térmica da envolvente opaca (paredes e coberturas) e de outros parâmetros (cor das superfícies exteriores, ventilação natural e inércia térmica) que interferem no desempenho térmico de edifícios habitacionais de interesse social no clima da cidade de São Carlos, SP. Após levantamento de dados em construtoras e em órgãos públicos e privados ligados à habitações, foi selecionado um modelo unifamiliar térreo representativo desta tipologia para a análise. Como a pesquisa baseia-se em simulações paramétricas de desempenho térmico, inicialmente é feito um estudo sobre padrões de modelagem de habitações, identificando quais elementos são mais relevantes. Definidos os parâmetros da modelagem, procede-se à verificação dos valores máximos de propriedades da envoltória prescritos na norma NBR 15575 - Edificações habitacionais - Desempenho, e no regulamento RTQ-R: Regulamento técnico da qualidade para o nível de eficiência energética em edificações residenciais. Esta análise fornece indícios sobre a dificuldade em fixar valores desta propriedade para o fechamento opaco, uma vez que seu desempenho é definido pelas características da envoltória como um todo. Por fim, são realizadas três séries de simulações paramétricas, variando-se a transmitância térmica de paredes e coberturas, a inércia das paredes externas, as cores das superfícies expostas à radiação solar, o aproveitamento de ventilação natural e o uso de cargas internas (ocupação, iluminação e equipamentos). De acordo com os resultados, verifica-se que os melhores desempenhos térmicos estão associados a baixos valores de transmitância da envoltória opaca das habitações. Contudo, percebe-se que as faixas de valores tornam-se muito tênues quando analisa-se o desempenho conjunto dos parâmetros da envoltória. Conclui-se que há uma dificuldade no estabelecimento dos limites de transmitância sem considerar a totalidade de fatores que influem no comportamento térmico da habitação. Isso implica em uma análise conjunta dos materiais de paredes e coberturas e das cores das superfícies exteriores (transmitância, capacidade térmica e absortância). Além disso, critérios que considerem períodos de verão e inverno de acordo com predominância no clima da cidade e ainda outras características, como porcentagem de área envidraçada por orientação de fachada, devem ser considerados nas análises. / The main objective of this research is to analyze the influence of the thermal transmittance of the opaque envelope (walls and roof) and other parameters (color of the exterior surfaces, natural ventilation and thermal mass) that affect the thermal performance of social housing in the city of São Carlos, SP. After a research in public and private agencies related to housing construction, a single-family model was selected for the studies. First, it was carried out a study on parameters of the simulation models, identifying which elements are most relevant for the software. Defined the parameters of the models, it was made a verification of maximum values of properties of the envelope prescribed in the standard NBR 15575 - Residential Buildings - Performance and in the regulation RTQ -R: Technical Regulation for the quality level of energy efficiency in residential buildings. This analysis provides evidence of the difficulty of setting values of this property (U-value) for the opaque envelope, since its performance is defined by the thermal characteristics of the envelope as a whole. Finally, it was made three series of parametric simulations varying the thermal transmittance of walls and roofs, the thermal inertia of the external walls, the colors of the surfaces exposed to solar radiation, the use of natural ventilation and the use of internal loads (occupancy, lighting and equipment). The results indicate that the best performances are associated with low thermal transmittance of the opaque envelope of housing. However, it is clear that the ranges of transmittance values become very tenuous when we analyze the performance of all parameters of the envelope. We conclude that to establish limits of transmittance values results is an incomplete analysis of the thermal performance of the building. It is necessary to consider all factors that influence the thermal behavior of housing, which involves the analysis of the materials of walls and roofs and the colors of exterior surfaces. It is also important to adopt different criteria to consider summer and winter according to predominance in the climate of the city, and to consider in the analysis the percentage of glass area of the exterior envelope.

O objetivo principal desta pesquisa é analisar a influência da transmitância térmica da envolvente opaca (paredes e coberturas) e de outros parâmetros (cor das superfícies exteriores, ventilação natural e inércia térmica) que interferem no desempenho térmico de edifícios habitacionais de interesse social no clima da cidade de São Carlos, SP. Após levantamento de dados em construtoras e em órgãos públicos e privados ligados à habitações, foi selecionado um modelo unifamiliar térreo representativo desta tipologia para a análise. Como a pesquisa baseia-se em simulações paramétricas de desempenho térmico, inicialmente é feito um estudo sobre padrões de modelagem de habitações, identificando quais elementos são mais relevantes. Definidos os parâmetros da modelagem, procede-se à verificação dos valores máximos de propriedades da envoltória prescritos na norma NBR 15575 - Edificações habitacionais - Desempenho, e no regulamento RTQ-R: Regulamento técnico da qualidade para o nível de eficiência energética em edificações residenciais. Esta análise fornece indícios sobre a dificuldade em fixar valores desta propriedade para o fechamento opaco, uma vez que seu desempenho é definido pelas características da envoltória como um todo. Por fim, são realizadas três séries de simulações paramétricas, variando-se a transmitância térmica de paredes e coberturas, a inércia das paredes externas, as cores das superfícies expostas à radiação solar, o aproveitamento de ventilação natural e o uso de cargas internas (ocupação, iluminação e equipamentos). De acordo com os resultados, verifica-se que os melhores desempenhos térmicos estão associados a baixos valores de transmitância da envoltória opaca das habitações. Contudo, percebe-se que as faixas de valores tornam-se muito tênues quando analisa-se o desempenho conjunto dos parâmetros da envoltória. Conclui-se que há uma dificuldade no estabelecimento dos limites de transmitância sem considerar a totalidade de fatores que influem no comportamento térmico da habitação. Isso implica em uma análise conjunta dos materiais de paredes e coberturas e das cores das superfícies exteriores (transmitância, capacidade térmica e absortância). Além disso, critérios que considerem períodos de verão e inverno de acordo com predominância no clima da cidade e ainda outras características, como porcentagem de área envidraçada por orientação de fachada, devem ser considerados nas análises. / The main objective of this research is to analyze the influence of the thermal transmittance of the opaque envelope (walls and roof) and other parameters (color of the exterior surfaces, natural ventilation and thermal mass) that affect the thermal performance of social housing in the city of São Carlos, SP. After a research in public and private agencies related to housing construction, a single-family model was selected for the studies. First, it was carried out a study on parameters of the simulation models, identifying which elements are most relevant for the software. Defined the parameters of the models, it was made a verification of maximum values of properties of the envelope prescribed in the standard NBR 15575 - Residential Buildings - Performance and in the regulation RTQ -R: Technical Regulation for the quality level of energy efficiency in residential buildings. This analysis provides evidence of the difficulty of setting values of this property (U-value) for the opaque envelope, since its performance is defined by the thermal characteristics of the envelope as a whole. Finally, it was made three series of parametric simulations varying the thermal transmittance of walls and roofs, the thermal inertia of the external walls, the colors of the surfaces exposed to solar radiation, the use of natural ventilation and the use of internal loads (occupancy, lighting and equipment). The results indicate that the best performances are associated with low thermal transmittance of the opaque envelope of housing. However, it is clear that the ranges of transmittance values become very tenuous when we analyze the performance of all parameters of the envelope. We conclude that to establish limits of transmittance values results is an incomplete analysis of the thermal performance of the building. It is necessary to consider all factors that influence the thermal behavior of housing, which involves the analysis of the materials of walls and roofs and the colors of exterior surfaces. It is also important to adopt different criteria to consider summer and winter according to predominance in the climate of the city, and to consider in the analysis the percentage of glass area of the exterior envelope.