Tijolos perfurados com melhores características isolantes térmicas

Abstract

Esta dissertação teve como principal objetivo a simulação numérica dos processos de transferência de calor nos tijolos perfurados, e avaliar a performance de tijolos com geometrias de perfuração diferentes das formas usuais quadrangular ou retangular, em busca das geometrias de perfuração conducentes às melhores características de isolamento térmico dos tijolos perfurados. O trabalho iniciou-se pela simulação numérica da transferência de calor ao nível de uma cavidade de tijolo individual, por forma a validar os resultados obtidos com os do modelo padrão. De seguida avaliou-se a performance térmica de uma cavidade individual de tijolo considerando uma protuberância e depois duas protuberâncias, e determinou-se qual seria a localização e o comprimento da protuberância que corresponde às melhores características de isolamento térmico. Uma única protuberância colocada sensivelmente a meio da cavidade corresponde à configuração com a melhor performance de isolamento térmico o que representa uma melhoria em termos de isolamento térmico de cerca de 12%. A partir dos resultados obtidos ao nível de uma cavidade de tijolo individual, procuraram-se as configurações ótimas em termos de isolamento térmico no tijolo de 11 e no tijolo de 15. A protuberância ótima no tijolo de 11 corresponde a uma redução em termos de transferência de calor de 16% enquanto que no tijolo de 15 corresponde a 17%. Quanto maior a diferença de temperatura entre as faces exterior e interior do tijolo maior é a redução conseguida na transferência de calor. O custo de aquisição do novo tijolo de 11 é 12,48 c€, 25% mais caro que o tijolo de 11 comum, e do novo tijolo de 15 é 17,6 c€, 26% mais caro que o tijolo de 15 comum. Foi feita uma análise custo/beneficio para as três regiões em zonas climáticas distintas de Évora, Bragança e Leiria, obtendo-se tempos de retorno do investimento, nos novos tijolos de 15, de cerca de dez meses, seis meses e onze meses, respetivamente e para os novos tijolos de 11 de cinco meses, três meses e seis meses, respetivamente.

The main objective of this thesis is the numerical simulation of heat transfer processes in holed bricks, and the evaluation of the thermal performance of holed bricks with cavities with geometries different from the usual square or rectangular shapes, searching for the geometries leading to better overall thermal insulation characteristics of the holed bricks. This work began with the numerical simulation of the heat transfer in a single brick cavity, so as to validate the obtained results. Then it was evaluated the thermal performance of a single brick cavity considering firstly one protuberance and latter two protuberances, and it was determined the location and length of protuberance leading to the best thermal insulation characteristics of the enclosure. An only one protuberance placed in the middle of single brick cavity lead to an improvement in terms of thermal insulation close to 12%. From the results obtained for a single brick cavity, searching was conducted the optimum protuberances for the optimum protuberances when considering the overall 11 cm and 15 cm bricks. The optimum protuberance for the 11 cm brick lead a reductions in of the overall heat transfer of 16% and the optimum protuberance for the 15 cm brick lead a 17%. The greater the temperature difference between outside and inside surfaces of the whole bricks the greater the reduction achieved in the heat transfer. The cost of the new 11 cm brick is 12.48 c€, 25% more expensive than the standard 11 cm brick, and the cost of the new 15 cm brick is 17.6 c€, 26% more expensive than the standard 15 cm brick. A cost / benefit analysis was conducted for three regions, in distinct climatic zones, Évora, Bragança and Leiria, leading to payback periods for new 15 cm brick of about ten months, six months and eleven months, respectively and for new 11 cm brick is five months, three months and six months, respectively.