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Previous issue date: 2016-04-22 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / FAPERGS - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul / A energia é considerada a espinha dorsal da economia moderna, e seu consumo se intensifica nas sociedades emergentes a medida que sua qualidade de vida melhora. O atual cenário energético global indica que as fontes convencionais de energia estão se esgotando, evidenciando a importância em se explorar e viabilizar fontes renováveis para suprir a demanda futura. A climatização de ambientes é responsável por uma grande parcela deste consumo de energia, e sistemas bioclimáticos, que utilizam a geotermia e a energia solar fotovoltaica, são alternativas adequadas e ainda pouco explorada para suprimir a necessidade do uso de condicionadores de ar. O solo tem, em certa profundidade, temperatura equivalente à temperatura média anual local. Várias iniciativas têm buscado fazer uso deste recurso através do sistema de troca térmica por dutos enterrados, onde o fluido de troca térmica é o ar, e mais recentemente surgiram estudos com o uso da água como fluido de troca térmica. Neste trabalho é apresentada uma análise experimental que avalia o desempenho de um sistema terra-água-ar, alimentado por energia solar fotovoltaica, para climatização de edificações. O sistema proposto utiliza a estabilidade térmica do solo pelo uso de um reservatório de água (WT) em certa profundidade, que opera como fonte ou dissipador de energia térmica reduzindo a variação da temperatura no interior das edifícações. Um protótipo foi construído e é essencialmente constituído por: um ambiente climatizado (AC) com volume de 0,6 m3, um fan coil; um reservatório (WT) com volume de 0,38 m3, com o fundo enterrado a 2 m abaixo da superfície do solo; e, uma bomba de água. Verificou-se que o sistema proposto manteve a sua temperatura constante e em conformidade com a norma ASHRAE 55 2004 para ambientes naturalmente condicionados, com a temperatura no AC em torno de 23,6 ℃ enquanto a temperatura do ar ambiente variou de 18,8 °C a 29,4 °C, sendo que a temperatura do solo era 21 °C. Para uma taxa de 119 W de calor adicionado no AC, a taxa de remoção de calor no fan coil foi de 98,6 W. Com base nos dados experimentais, o sistema foi validado e a profundidade e tamanho ideais do reservatório de água foram determinados para uma aplicação em escala real. Para o local experimentado foi determinada que a profundidade ideal, com o solo na temperatura constante equivalente a média anual de 18 °C, é entre 6 e 9 m. Um sistema de geração de energia elétrica fotovoltaica foi proposto para alimentar o sistema experimental terra -água-ar. / Energy is considered the backbone of the modern economy and its consumption intensifies in emerging societies as their quality of life improves. The current global energy scenario indicates that conventional energy resources are depleting, highlighting the importance of exploring and enable renewable resources to meet future energy demand. Buildings’ HVAC is responsible for a large portion of domestic energy consumption, and bioclimatic systems, that use geothermal energy and solar photovoltaic, are suitable and still little explored alternatives to eliminate the need for the use of air conditioners. The temperature of soil at a certain depth is equivalent to the local average yearly temperature. Various initiatives have sought to make use of this resource through Earth-Air-Heat-Exchange system, where the fluid used for heat transfer is air, and only recently emerged studies making use of water as a heat transfer fluid. This paper presents an experimental analysis that evaluates the performance of an earth-water-air system powered by photovoltaic solar energy, for conditioning the air of buildings. The proposed system uses the thermal stability of the soil, through the use of a water tank (WT) at a certain depth, which operates as a source or sink for thermal energy thus reducing the temperature variation inside the buildings. A prototype was built and is essentially made up of an air-conditioned environment (AC) with 0.6 m3 volume, one fan coil, a reservoir (WT) with a volume of 0.38 m3, buried with the bottom at 2 m below the ground surface, and a water pump. It was found that the proposed system has kept AC's temperature constant and in agreement with ASHRAE Standard 55 2004 for naturally conditioned environment, with the temperature around 23.6 ℃. The ambient air temperature varied from 18.8 °C to 29.4 °C and the soil temperature was 21 °C. For a 119 W incoming heat rate on the AC, the heat removal rate in the fan coil was 98.6 W. Based on the experimental data, the system has been validated and the optimal depth and size of the water reservoir were determined for an application in real scale. For the analysed site it was determined that the optimum depth to reach the soil at a constant temperature equivalent to the yearly average of 18 °C is between 6 to 9 m. A photovoltaic power generation system is proposed for the earth-water-air experimental system.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.repositorio.jesuita.org.br:UNISINOS/5528 |
| Date | 22 April 2016 |
| Creators | Kappler, Genyr |
| Contributors | http://lattes.cnpq.br/8233275047450770, Wander, Paulo Roberto, Dias, João Batista |
| Publisher | Universidade do Vale do Rio dos Sinos, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Unisinos, Brasil, Escola Politécnica |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UNISINOS, instname:Universidade do Vale do Rio dos Sinos, instacron:UNISINOS |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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