The Radiant Heating markets - especially, the hydronic segment - are growing rapidly in North America due to homeowners' increasing demand for comfort and the steady rise in residential construction. Radiant systems are promising technologies for energy saving in commercial and residential building sectors together with improving occupant thermal comfort. Such a technology is different from the more standard all-air systems and thus can be termed Space Conditioning. However, the thermal performance of radiant systems in buildings has not been fully understood and accounted for. This is primarily due to lack of any standard testing mechanism. The central thrust of this paper is to experimentally investigate questions relating to thermal performance of radiant systems, thus also contribute towards evolving a new standard for testing mechanisms. Products from 12 different radiant floor systems were chosen from the market. Having defined each with similar control parameters such as flow rate, supply water temperature and similar design parameters like size, insulation etc., they are separately tested in a well insulated test setup. Experiments on the time variations for each test floor were performed at supply water temperatures ranging between 100F – 140F with a 10F increment at each stage. Having gathered data through the Data Acquisition System (DAS), the data is analyzed and compared between all systems. The paper concludes by providing recommendations for experimentally testing thermal energy performance, thermal uniformity and thermal stability of radiant floor heating technology. / Master of Science

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.

The subject of this diploma thesis is to design space heating system for building with five floors, where the first above ground floor is used as commercial space. Designed building have one underground floor and four above ground floors. Diploma thesis is designed as project of Building Service, specifically that of Heating. This diploma thesis contains calculations of the design heat load, design of radiators and others heating surfaces, hydraulic balancing, generation of domestic hot water, design of heat source, calculations of safety devices and pumps design. Part of this diploma thesis is also conceptual design of regulation.