O trabalho apresenta uma análise térmica e energética de uma edificação localizada na zona bioclimática 1, que compreende as cidades mais frias do Brasil. A análise foi desenvolvida com o auxílio do programa de simulação dinâmica de edificações EnergyPlus em que foi determinado o consumo anual de energia elétrica de toda a edificação existente, bem como o consumo do sistema HVAC (Aquecimento, Ventilação e Ar Condicionado) do tipo split com ciclo reverso. O sistema HVAC existente representa 42% do consumo total de energia elétrica da edificação sendo que o aquecimento totaliza 89% do consumo do sistema HVAC. A avaliação do conforto térmico dos ambientes climatizados da edificação foi realizada tendo como referência as zonas de conforto de inverno e de verão definidas pela ASHRAE Standard 55-2004. Os ambientes apresentaram um percentual de 7,6 % a 33% das horas de operação do sistema HVAC fora da zona de conforto térmico de inverno da ASHRAE, considerando somente a temperatura operativa. A partir dos resultados da simulação da edificação existente foram propostas modificações na envoltória e o uso de um sistema de ar condicionado com tecnologia VRF (fluxo de refrigerante variável) a fim de reduzir o consumo de energia pelo HVAC e o número de horas desconfortáveis. A utilização de vidros duplos de maior transmissividade, superfícies com cores de maior absortividade solar, lã de vidro nas paredes externas e internas duplas e placas de EPS (Poliestireno Expandido) no piso da edificação, apresentaram ótimos resultados, reduzindo o consumo total de energia elétrica em 18,2% e o consumo do sistema HVAC passou a representar apenas 29,6% do total de energia da edificação. Após o aprimoramento da edificação foram selecionadas, a partir de catálogos de fabricantes, as máquinas com tecnologia VRF que atendessem a máxima carga térmica entre os dias de projeto ou arquivo climático sob determinadas condições. Os resultados obtidos com o sistema VRF apresentaram uma redução de 32,8% sobre o consumo de energia do sistema de HVAC e de 9,3 % sobre o consumo total de energia elétrica da edificação quando comparado com um ar condicionado tradicional do tipo split. Com a melhoria na envoltória e o uso da tecnologia VRF para climatização o percentual de horas fora das zonas de conforto da ASHRAE foram menores que os 4% estabelecido pela norma, quando considerado a temperatura operativa. O sistema VRF foi simulado adaptando o módulo de simulação de serpentinas de expansão direta com compressores de velocidade variável, do EnergyPlus, para quatro faixas de capacidades distintas do compressor (60%, 80%, 100% e 120%) e para cada faixa foram inseridas as correlações de desempenho da capacidade e potência elétrica de aquecimento e refrigeração para diferentes condições de operação. Nas simulações foram considerados a perda de desempenho e o consumo elétrico para a operação de degelo com ciclo reverso para temperaturas externas inferiores a 7º C. As simulações com o sistema VRF acoplado a edificação comprovam a capacidade de economizar energia elétrica, além de apresentar o menor custo especifico da energia para aquecimento em relação aos sistemas radiantes. / This dissertation presents the thermal and energetic analysis of a building located in the bioclimatic zone 01, which comprises the coldness regions of Brazil. The analysis was developed using the software for dynamic simulation of buildings called EnergyPlus, where was determined the annual consumption of electricity throughout the existing building as well as the consumption with lighting, electrical equipments and the HVAC system. The existing HVAC system represents 42% of total consumption and the heating corresponds to 89% of the total energy consumption of the HVAC system. The evaluation of thermal comfort zones of building were conducted with reference to the comfort zones of winter and summer from the ASHRAE Standard 55-2004. The thermal zones presented a percentage in the range of 7.6% to 33% of occupation hours outside the boundaries of ASHRAE thermal comfort zone (winter) evaluating the operating temperature. Based on simulation results of the existing building, changes were proposed in the envelope and in the use of a heat pump air conditioning system with VRF technology (variable refrigerant flow) to reduce the energy consumption of the HVAC and the number of hours outside the comfort zone. The use of double layers glasses with high transmissivity and surfaces colored with high solar absorption, wool glass in the external and double internal walls and EPS sheets on the building floor, presented excellent results. The modification of the envelope decreased 18.2 % in the total consumption of electricity and the HVAC system represents only 29.6% of the total energy of the building. After the building improvement was selected from catalogs of manufacturers, machines with VRF technology that could meet the maximum heat load between design days or weather file. The results obtained with the VRF system showed a 32.8% reduction on energy consumption of HVAC system and 9.3% about the total consumption of electricity of the building compared to a traditional heat pump air conditioning system with single speed compressor. With the improvement in the envelope and the use of VRF system the percentage of hours outside the ASHRAE comfort zones were lower than the 4% target set by the standard. The VRF system was modeled from model: Multi-Speed Electric DX Air Coil, of the EnergyPlus, for four different capacities of the compressor (60, 80, 100 and 120%) and for each capacity range were included the performance correlation of heating and cooling capacity, the correlations of electrical power heating and cooling for different condition of operate and correlation of the fraction of part load operation for each machine selected. As the study was conducted to the cooler regions of Brazil, defrost was considered in the simulation with reverse cycle for operating temperatures below 7°C. The heating energy with heat pump VRF presents lower specific cost compared to radiant systems like radiant floor and radiators.

Orientador: Lucila Chebel Labaki. / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-23T11:44:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Teixeira_CarlaFernandaBarbosa_D.pdf: 4846787 bytes, checksum: a2bbec42880bcecfdd43b8f22e0fecf7 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A busca por materiais, tecnologias ou meios que tornem as edificações mais eficientes energeticamente é uma meta de pesquisadores, educadores e projetistas não só no Brasil, mas também no mundo. O uso de cores claras em coberturas tem sido bastante estudado como estratégia de resfriamento para climas quentes. Este trabalho tem como objetivo analisar o desempenho térmico de acabamentos de cor branca em coberturas e estimar o consumo de energia para um ambiente com cobertura branca. Adicionado ao emprego de acabamentos refletivos, empregou-se a aspersão de água pluvial sobre os acabamentos empregados. A caracterização do desempenho de acabamentos de tinta na cor branca requisitou a realização de ensaios para determinar as características dos acabamentos nas superfícies das telhas: emissividade, refletância solar e absorção de água aspergida. Para tanto, a revisão bibliográfica do assunto foi necessária para investigar metodologias aplicadas in pesquisas realizadas no mundo. Em telhas de fibrocimento foram aplicadas tintas imobiliárias comuns (de diferentes composições químicas, porém de mesma cor branca) associadas à aspersão de água e expostas a intempéries ambientais. Temperaturas superficiais internas das telhas e variáveis meteorológicas foram coletadas e analisadas, conjuntamente com dados dos ensaios de refletância solar, emissividade térmica e absorção de água na superfície das telhas de fibrocimento. Os resultados para a técnica refletiva de acabamentos de cor clara comprovaram as expectativas, no entanto, quando esta técnica foi associada à aspersão de água nas superfícies, os resultados foram otimizados. Esses resultados ilustram a necessidade da atenção na especificação do tipo de acabamento branco. Estimou-se, através de simulação térmica, a influência do acabamento branco no consumo de energia anual de um ambiente. O propósito deste trabalho é contribuir com informações adicionais em relação ao acabamento de cor branca, atenuando as temperaturas da cobertura de uma edificação, como demonstrar que o emprego de água pluvial pode atenuar o volume escoado pelas vias na estação chuvosa / Abstract: The search for materials, technologies and ways that can get constructions more energy efficient has been a concern of researches, educators and designers not only in Brazil, but also in the world. The use of light colors on roofing has been studied a lot; like cooling strategy for hot climates. The aim of this work is to analyze thermal performance of white coatings on roofing and to estimate energy savings in a room with white coating on roofing. Evaporative cooling, added to reflective cooling, was used through rain-water spraying on coating surfaces. Some testing on coatings as thermal emissivity, solar reflectance and absorption of sprayed water were requested for characterization of coatings thermal performance. In consequence of that literature review related to these themes was necessary to investigate methodologies applied in researches which have been done in the world. Commercial and ordinary paintings (of different chemical compositions, but with same color: white) were applied on fiber cement tiles in association to water spraying in weather conditions. Inside-surface temperatures and meteorological data were collected and analyzed together with solar reflectance, thermal emissivity and water absorption by tile coatings. Results of reflective technique proved expectations and illustrated that some attention is requested to choose the kind of white painting. However, when these coatings received water spraying on surfaces, they got the best results. The white coatings influences were considered through an annual thermal simulation energy saving. This work has the purpose to contribute with existing additional information in relation to white painting available, in order to get less roofing temperatures as well as to show that the rain water usage could be a tool for decreasing drained water on streets in rainy season / Doutorado / Arquitetura, Tecnologia e Cidade / Doutora em Arquitetura, Tecnologia e Cidade

A presente pesquisa trata da influência da verticalização na sensação térmica urbana, dentro de um contexto de diretrizes de compactação das cidades, aplicada à cidade de Maringá / PR, cujo clima é subtropical úmido. Pretende avaliar se o aumento do gabarito dos edifícios da região apontada, realizado de modo a respeitar o parcelamento e o uso e ocupação do solo, interfere no conforto térmico urbano, mediante a verificação do índice de temperatura fisiológica equivalente (PET). Seu desenvolvimento é realizado com base na análise de resultados obtidos por meio de ferramentas computacionais, especialmente o software ENVI-met, seguindo as seguintes etapas: 1. Histórico Urbanístico, em que se avalia o plano inicial da cidade e o seu perfil atual; 2. Caracterização Climática, na qual se elabora o arquivo climático do município, sua carta de ventos, bem como todos os tratamentos necessários para a aplicação do software; 3. Modelagem e Simulação, em que se define e constrói os cenários, para posterior simulação; 4. Avaliação Ambiental, em que se analisa a sensação térmica dos resultados da simulação. Por fim, mediante a avaliação dos resultados obtidos, demonstra-se que a verticalização, em climas subtropicais úmidos, pode ser utilizada como atenuação da sensação térmica. / This research deals with the influence of verticalization on urban thermal sensation, within a context of city compaction guidelines, applied to the city of Maringá / PR, whose climate is humid subtropical. The objective of this study is to evaluate whether the increase in the model of the buildings in the mentioned region, in order to respect the parceling and the use and occupation of the soil, interferes with the urban thermal comfort by checking the equivalent Physiological Temperature Index (PET). Its development will be carried out based on the analysis of results obtained through computational tools, especially the ENVI-met software, following the following steps: 1. Urban History, in which the initial plan of the city and its current profile will be evaluated; 2. Climatic Characterization, in which the climatic archive of the municipality, its chart of winds, as well as all the necessary treatments for the application of the software will be elaborated; 3. Modeling and Simulation, in which the scenarios will be defined and constructed, for later simulation; 4. Environmental Assessment, in which the thermal sensation of the results of the simulation will be analyzed. Finally, by means of the evaluation of the obtained results, it will be shown that the verticalization, in humid subtropical climates, can be used as attenuation of the thermal sensation.

[ES] En esta tesis de doctorado se utiliza el modelado matemático de zonas térmicas para evaluar la capacidad del control en modos deslizantes, para regular la temperatura interna de un caso de estudio. Se utiliza la técnica de parámetros agrupados para representar los espacios cerrados, que al ser complementada con mediciones experimentales y algoritmos de optimización, permitió construir un simulador para reproducir con una precisión de más del 97% las condiciones del modelo estudiado, y que permitió estudiar el sistema en general mientras se introducen perturbaciones o variaciones en los parámetros del modelo. Inicialmente se utilizaron modelos de escala reducida para caracterizar el efecto termo-aislante de la solución Thermo Skold sobre la temperatura interna, se caracterizó el efecto de la pintura sobre cada uno de los parámetros de transmisión de calor del caso de estudio, lo que permitió entender los ahorros y resultados obtenidos experimentalmente. Posteriormente, se utilizaron los modelos de escala reducida para evaluar la técnica de control en modos deslizantes, por lo que se modeló, simuló y veri ficó experimentalmente la efectividad de la técnica para mantener una temperatura de referencia ja, con un error inferior al 2 %. En la etapa final de la tesis se utilizó un domo geodésico como caso de estudio, el cual fue modelado con un circuito eléctrico propuesto para sus características específi cas. Se realizaron medidas experimentales de las condiciones térmicas del domo geodésico, con las cuales se ajustó el simulador utilizando el algoritmo de optimización Búsqueda de Patrones. Gracias al simulador desarrollado se estudiaron las condiciones de confort térmico y las necesidades de refrigeración del domo, considerando diferentes situaciones y cargas internas por ocupantes y sistemas de refrigeración. / [EN] In this doctoral thesis, the mathematical modeling of thermal zones is used to evaluate the ability of the control in sliding modes, to regulate the internal temperature of a case study. The grouped parameters technique is used to represent the closed spaces, which, when complemented with experimental measurements and optimization algorithms, allowed the construction of a simulator to reproduce the conditions of the model studied with an accuracy of more than 97 %, which allowed studying the system in general while introducing disturbances or variations in the model parameters. Initially, reduced-scale models were used to characterize the thermal insulating effect of the Thermo Skold solution on the internal temperature. The impact of the painting on each one of the heat transfer parameters was studied, which allowed us to understand the savings and results obtained experimentally. Subsequently, the reduced scale models were used to evaluate the control technique in sliding modes, so the effectiveness of the technique was modeled, simulated and verified experimentally to maintain a fixed reference temperature, with an error of less than 2%. In the final stage of the thesis, a geodesic dome was used as a case study, which was modeled with an electrical circuit proposed for its specific characteristics. Experimental measurements of the thermal conditions of the geodesic dome were made, with which the simulator was adjusted using the Pattern Search optimization algorithm. Thanks to the simulator developed, the thermal comfort conditions and the cooling needs of the dome were studied, considering different situations and internal loads by occupants and cooling systems. / [CA] En aquesta tesi de doctorat s'utilitza el modelatge matemàtic de zones tèrmiques per avaluar la capacitat de l'control en maneres lliscants, per regular la temperatura interna d'un cas d'estudi. S'utilitza la tècnica de paràmetres agrupats per representar els espais tancats, que a l'ésser complementada amb mesuraments experimentals i algoritmes d'optimització, va permetre construir un simulador per reproduir amb una precisió de més de l' 97 % les condicions de el model estudiat, i que va permetre estudiar el sistema en general mentre s'introdueixen pertorbacions o variacions en els paràmetres de el model. Inicialment es van utilitzar models d'escala reduïda per caracteritzar l'efecte termo-aïllant de la solució Thermo Skold sobre la temperatura interna, es va caracteritzar l'efecte de la pintura sobre cadascun dels paràmetres de transmissió de calor de l' cas d'estudi, el que va permetre entendre els estalvis i resultats obtinguts experimentalment. Posteriorment, es van utilitzar els models d'escala reduïda per avaluar la tècnica de control en maneres lliscants, de manera que es va modelar, simular i va verificar experimentalment l'efectivitat de la tècnica per mantenir una temperatura de referència fixa, amb un error inferior a el 2 % . En l'etapa final de la tesi es va utilitzar un dom geodèsic com a cas d'estudi, el qual va ser modelat amb un circuit elèctric proposat per les seves característiques especifiques. Es van realitzar mesures experimentals de les condicions tèrmiques de l'dom geodèsic, amb les quals es va ajustar el simulador utilitzant l'algoritme d'optimització Cerca de Patrons. Gràcies a el simulador desenvolupat es van estudiar les condicions de confort tèrmic i les necessitats de refrigeració de la cúpula, considerant diferents situacions i càrregues internes per ocupants i sistemes de refrigeració. / Al programa de becas de doctorados nacionales convocatoria 727 de Colciencias, por todos los recursos aportados durante el desarrollo de mis estudios. Finalmente, a la Universidad Nacional de Colombia sede Manizales y a la Universidad Politècnica de Valencia, que con sus programas de doctorado en ingeniería automática y matemáticas aplicadas contribuyeron en mi formación como investigador. / Florez Montes, F. (2020). Análisis dinámico del confort en edificios con estrategias de control adaptativo en modos deslizantes [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/153803