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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/32170| Título: | Análise experimental de um sistema passivo de climatização utilizando o solo como trocador de calor |
| Título(s) alternativo(s): | Experimental analysis of a passive hvac system using soil as heat exchanger (EAHE) |
| Autor(es): | Diedrich, Carlos Henrique |
| Orientador(es): | Santos, Gerson Henrique dos |
| Palavras-chave: | Permutadores térmicos Solo - Uso Refrigeração Pesquisa experimental Energia elétrica - Conservação Energia solar - Sistema passivo Heat exchangers Land use Refrigeration and refrigerating machinery Experiential research Electric power - Conservation Solar energy - Passive systems |
| Data do documento: | 24-Mai-2023 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Ponta Grossa |
| Citação: | DIEDRICH, Carlos Henrique. Análise experimental de um sistema passivo de climatização utilizando o solo como trocador de calor. 2023. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2023. |
| Resumo: | As edificações são responsáveis por uma parcela significativa do consumo de energia no Brasil, correspondendo a 52% do total. Grande parte desse consumo está relacionada aos sistemas de climatização, utilizados tanto para aquecimento quanto para resfriamento do ar. Uma abordagem promissora para mitigar essa demanda energética é a adoção da climatização passiva, e os trocadores de calor solo-ar se destacam nesse contexto. Devido à alta inércia térmica do solo, ele pode ser utilizado como um reservatório capaz de aquecer ou resfriar o ar, dependendo das condições climáticas. Esses trocadores apresentam uma construção simples e econômica, consistindo principalmente em tubos de policloreto de vinila e um ventilador. O ar que circula pelos tubos do trocador é direcionado para o ambiente, impactando sua temperatura e o conforto térmico dos usuários. Este estudo experimental tem como objetivo principal a construção e a análise térmica de um trocador de calor solo-ar. O sistema foi implementado para climatizar o ar de um ambiente localizado no Bloco J1, no campus Ponta Grossa da UTFPR. Diversos termopares tipo K foram instalados ao longo da tubulação e no solo para possibilitar a análise das trocas térmicas ocorridas. Além disso, foram realizadas comparações com um ambiente não climatizado, localizado no mesmo bloco e com dimensões semelhantes. Os resultados obtidos demonstraram um bom desempenho do trocador de calor, que permitiu reduzir a temperatura do ar até a temperatura do solo a 1,5 m de profundidade ao longo de aproximadamente 45 metros de tubulação. Comparando as temperaturas dos dois ambientes, observou-se que o trocador de calor solo-ar proporcionou temperaturas mais amenas e com menor variação térmica no ambiente climatizado. No entanto, em relação ao coeficiente de desempenho (COP), verificou-se que o trocador de calor solo-ar não alcançou valores elevados em comparação com outros estudos da literatura. Isso se deve, principalmente, ao alto consumo de energia decorrente da potência do ventilador utilizado no experimento (ventilador radial de 2 cv). Desta forma, conclui-se que o trocador de calor solo-ar pode ser uma alternativa viável para melhorar o conforto térmico, especialmente em temperaturas externas mais altas. |
| Abstract: | Buildings account for a significant portion of energy consumption in Brazil, representing 52% of the total. A large portion of this consumption is attributed to HVAC systems used for both heating and cooling purposes. A promising approach to mitigate this energy demand is the adoption of passive cooling, with earth air heat exchangers standing out in this context. Due to the high thermal inertia of the ground, it can be utilized as a reservoir capable of heating or cooling the air, depending on the climatic conditions. These heat exchangers feature a simple and cost-effective design, primarily consisting of polyvinyl chloride pipes and a fan. The air circulating through the pipes of the heat exchanger is directed into the environment, thereby impacting its temperature and the thermal comfort of the occupants.The main objective of this experimental study is to construct and thermally analyze an earth air heat exchanger. The system was implemented to condition the air in a specific environment located in Block J1, at the Ponta Grossa campus of UTFPR. Multiple type K thermocouples were installed along the piping and in the ground to enable analysis of the thermal exchanges taking place. Additionally, comparisons were made with a non-conditioned environment located in the same block with similar dimensions. The obtained results demonstrated a good performance of the heat exchanger, as it enabled the reduction of the air temperature down to the ground temperature at a depth of 1.5 meters along approximately 45 meters of piping. When comparing the temperatures of the two environments, it was observed that the earth air heat exchanger provided milder temperatures and reduced thermal variation in the conditioned environment. However, in terms of the coefficient of performance (COP), it was found that the earth air heat exchanger did not reach high values compared to other studies in the literature. This can be primarily attributed to the high energy consumption resulting from the power of the fan used in the experiment (a 2 hp radial fan). Therefore, it is concluded that the heat exchanger can be a viable alternative for improving thermal comfort, especially in higher external temperatures. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/32170 |
| Aparece nas coleções: | PG - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica |
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