Estimativa experimental do coeficiente global de condução de calor em edifícios

Abstract

O conhecimento das propriedades térmicas da envolvente é muito importante em qualquer tipo de edifício. Com os recentes regulamentos na área do consumo energético de edifícios será necessário fazer uma caracterização do desempenho de todas as construções, para a atribuição de um certificado. Essa caracterização apresenta mais dificuldades em edifícios mais antigos onde muitas vezes não são conhecidas as opções tomadas na construção da envolvente. Neste trabalho foi desenvolvido um método para estimar a resistência térmica da envolvente de um edifício, considerando o processo de transferência de calor em regime estacionário e a condutividade térmica constante. O método tem por base apenas as medições de temperatura: do ar interior e exterior e da superfície exterior da parede. Com estas temperaturas é determinado o fluxo de calor por convecção, usando equações empíricas. Para este método é ainda necessário o conhecimento da dimensão característica e da velocidade do ar, se a convecção for forçada. A temperatura do ar interior é usada para determinar, de forma iterativa, a temperatura da superfície interior da parede. É também analisada a influência da radiação solar na temperatura da parede. O método pode ser aplicado a paredes verticais, horizontais e inclinadas, se bem que nestas últimas com algumas restrições. Foram feitas algumas análises ao método, nomeadamente, a influência de cada uma das grandezas e respectiva incerteza nos resultados finais. Concluiu-se que se deve ter especial atenção à incerteza na medição das temperaturas e na correcta medição da velocidade do vento, no caso da convecção forçada. O método deve ser aplicado quando a diferença de temperaturas entre o interior e o exterior for maior, e tentando garantir a menor variação ao longo do tempo de todas as variáveis, procurando que a transferência de calor se processe em regime estacionário. No final do trabalho foi desenvolvido um programa, com o software Matlab, incluindo uma pequena aplicação, que efectua todos os cálculos, bastando ao utilizador introduzir os valores medidos.

ABSTRACT: The knowledge of the thermal properties of the involving is very important in any building type. With the recent regulations in the area of energy consumption in buildings it will be necessary to do a characterization of the performance of all the constructions, for the attribution of a certificate. That characterization represents more difficulties in older buildings where, in many times, the options, taken in the construction of the involving are not known. In this work, a method was developed to estimate the thermal resistance of the involving of a building, considering the process of heat transfer in stationary regime and a constant thermal conductivity. The method is based only on the temperature measurements: of the interior and external air and of the external surface of the wall. With these temperatures the convection heat flow is determined, using empiric equations. For this method is still necessary the knowledge of the characteristic dimension and the air speed, in case of forced convection. The temperature of the interior air is used to determine, in an iterative way, the temperature of the interior surface of the wall. The influence of the solar radiation in the wall temperature is also analyzed. The method can be applied to vertical, horizontal and sloping walls, although in these last ones with some restrictions. Some analyses were made to the method, namely, the influence of each one of the variables and respective uncertainty in the final results. It was concluded that one should have special attention to the uncertainty in the measurement of temperatures and in the correct measurement of the wind speed, in case of forced convection. The method should be applied when the difference of temperatures between the interior and the exterior goes greater, and try to guarantee the smaller variation along the time of all the variables, seeking a stationary regime in the heat transfer process. In the end of this work a program was developed, with the Matlab software, including a small application that executes all the calculations, being enough to the user to introduce the measured values.