Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2018-01-09T03:18:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2017 / Edificações são diariamente expostas à radiação solar, a qual é parcialmente absorvida pelas paredes e coberturas e transferida para seu interior. Isso resulta em um aumento da temperatura da estrutura e, consequentemente, em um maior consumo de energia elétrica proveniente do uso de condicionadores de ar. Uma alternativa para promover conforto térmico no interior de edificações, sem consumir energia elétrica, é através da utilização de sistemas de resfriamento passivos em lajes e coberturas, como os evaporativos. O presente trabalho teve como objetivo principal avaliar, teórica e experimentalmente, os efeitos térmicos da aplicação de um sistema de resfriamento evaporativo sobre uma cobertura. Para isso, foi construída uma bancada experimental, a qual foi exposta a condições reais ambientais. Dados de temperatura interna da cobertura, fluxo de calor, irradiação solar global, velocidade do ar, direção do vento, temperatura ambiente, massa de água evaporada e umidade relativa foram adquiridos, durante dias típicos de verão na cidade de Florianópolis. A evaporação do sistema proposto ocorre através de um material poroso. Água é bombeada por toda a superfície do material, sem a utilização de trabalho mecânico, contando somente com suas propriedades intrínsecas, como capilaridade. Os meios porosos estudados foram: discos de fibra cerâmica encontradas em duas espessuras, 13 e 6 mm, e tecido de algodão. Entre os materiais avaliados, a disposição do material de fibra cerâmica de maior espessura sobre a cobertura foi o que apresentou os melhores resultados, no que se refere a diminuição de fluxo térmico transferido para o interior de edificações. Para um valor de radiação incidente de 1000 "W" "m" ^"-2" , o material poroso de 13 mm, conseguiu reduzir o fluxo de calor transferido para o interior de uma cobertura, aproximadamente 12 vezes quando seco e 10 vezes quando umedecido, se comparados à uma cobertura exposta. O fato do meio evaporativo mostrar-se menos eficiente que o meio seco, não era esperado. Dois fatores foram determinantes: o fato da absortividade solar aumentar quando o meio é umedecido e o fato do meio umedecido ser muito mais condutor que o meio seco. Apesar disso, o meio evaporativo pode mostrar-se mais competitivo em climas mais secos, devido ao aumento da taxa de evaporação quando tem-se baixos valores de umidade relativa, e ainda em situações onde o resfriamento noturno é favorável, uma vez que o meio poroso seco isola a cobertura, dificultado a perda de calor durante a noite, enquanto o umedecido, por ser mais condutor, permite uma troca de calor entre o ambiente interno e externo. Uma possível estratégia seria manter o meio umedecido durante a noite e permitir a secagem durante o dia (cortando o suprimento de água). A mesma estratégia poderia ser adotada para climas temperados, mantendo o meio umedecido em períodos quentes e mantê-lo seco nos períodos frios. Outro resultado importante encontrado neste trabalho, é que, quando utilizou-se o tecido de algodão, o material menos espesso entre os estudados, o desempenho do sistema evaporativo, foi melhor do que o do material seco, mostrando uma relação entre a espessura do meio poroso e a eficiência do sistema evaporativo. / Abstract : Buildings are exposed to solar radiation in a daily basis, part of whichis absorbed by the walls and roof, being transferred to its interior,resulting in an increase in the temperature of the structure and, consequently,a greater consumption of electrical energy due to the use of airconditioners. An alternative to promote thermal comfort inside buildingswithout consuming electrical energy is the use of passive coolingsystems on roofs e.g. evaporative. The present work aims to evaluate,theoretically and experimentally, the thermal effects of an evaporativecooling system placed on a roof. For this purpose, an experimentalapparatus was designed which was exposed to real environmental conditions.Indoor temperature, heat flux, global solar irradiance, air velocity,wind direction, ambient temperature, evaporated water mass andrelative humidity were measured during typical summer days in thecity of Florianópolis. The evaporation of the proposed system occursthrough a porous material. Water is pumped through the entire surfaceof the material with no external mechanical work, relying only on itsintrinsic properties, i.e., capillarity. The porous media studied were:ceramic fiber disks, which thicknesses of 13 and 6 mm, and cotton fabric.Among the studied materials, the thickest ceramic fiber showedthe best results regarding the reduction of the heat flux transferred throughthe slab. For an incident global radiation of 1000 Wm??2, the 13mm-thick porous material was able to reduce the heat load transferredthrough the roof by a factor of 12 when dry and by a factor of 10 whenwet when compared to an exposed roof. The fact that the wet porousmedium was less efficient than the dry one was not expected. Two factorswere determinant: solar absorptivity increases when the mediumis wetted and that the wet material has a higher thermal conductivitythan when it is dry. Nevertheless, the wet medium may be more competitivein drier climates, due to the increase of the evaporation ratewhen low values of relative humidity were measured. Additionally, coolingduring the night is favored in wet medium, given that the dryporous medium insulates the roof, hindering the loss of heat duringthe night, while the wet material, due to higher conductances, allows ahigher heat flux between the internal and external environments. Onepossible strategy would be to keep the medium wetted at night andallow drying during the day (by cutting off the water supply). Thesame strategy could be adopted for temperate climates by keeping themedium moistened in hot periods and keeping it dry in cold periods.Another important result found in this work is that, when using a materialwith a lower thickness (the cotton fabric), the performance of theevaporative system was better than the system with the dry material,showing a relationship between the thickness of the porous medium andthe efficiency of the evaporative system.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsc.br:123456789/182580 |
| Date | January 2017 |
| Creators | Marcelino, Indyanara Bianchet |
| Contributors | Universidade Federal de Santa Catarina, Silva, Alexandre Kupka da, Guths, Saulo |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | 131 p.| il., gráfs., tabs. |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSC, instname:Universidade Federal de Santa Catarina, instacron:UFSC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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