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MENDES, Nathan. Modelos para previsão de tranferência de calor e de umidade em elementos porosos de edificação. 225pTese (Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 1997.
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Número de Trabalhos: 17 (Com arquivo PDF disponíveis: 4)
Citações: 31
Índice h: 1
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Resumo
O cálculo do consumo de energia de edificações, em pacotes computacionais como o DOE-2, normalmente considera que o calor é transferido através do envoltório puramente por condução. Isto é verdade quando se trata de material não poroso. Entretanto, o material comumente usado em construção civil é poroso, havendo no seu interior ar e água em suas diferentes fases. Desta forma, as paredes estão submetidas a gradientes de temperatura e de conteúdo de umidade e os fenômenos de transferência de calor e de umidade ocorrem simultaneamente e são altamente interdependentes. A fim de que se possa estudar o efeito da umidade em material de construção civil, desenvolveu-se neste trabalho um código de transferência combinada de calor e umidade em elementos porosos de edificações. Este código é dividido em duas partes. A primeira é formada por rotinas de cálculo que permitem a avaliação dos coeficientes de transporte do modelo de transferência de calor e de umidade. Esses coeficientes são derivados a partir da porosidade, permeabilidade, pressão capilar, isoterma de adsorção e condutividade térmica do meio seco que são calculadas através de modelos que usam apenas a função de distribuição de poro e isoterma de adsorção. A segunda parte é formada por modelos de transferência de calor e de umidade - TCU - que são escolhidos conforme a necessidade em termos de precisão e velocidade de simulação e, também, da disponibilidade e confiabilidade de dados de propriedades higrotérmicas. Os modelos TCU propostos são concebidos segundo uma nova metodologia de cálculo que torna o método numericamente estável, permitindo aumentar o passo de tempo com um prejuízo mínimo de precisão de cálculo, através de duas novas considerações. A primeira considera o vapor trocado entre superfícies e o ar como uma função linear da temperatura e do conteúdo de umidade no lugar de uma função da concentração de vapor. A segunda introduz um algoritmo de solução generalizado para resolver simultaneamente as equações governantes. Para concluir o trabalho, apresenta-se a importância de se levar em conta a transferência acoplada de calor e umidade na avaliação de consumo anual de energia e de cargas de pico ao compará-los com valores obtidos pela transferência de calor pura. Mostra-se também que para muitas aplicações, modelos TCU simplificados podem levar a ótimos resultados com alta redução do tempo de execução e um menor número de variáveis de entrada. Além disso, demonstra-se que a precisão fornecida pelo uso de coeficientes de transporte, gerados através da função de distribuição de volumes de poros e isoterma de adsorção, pode levar a boas avaliações de fluxos de calor latente e sensível em elementos porosos de edificações.
Abstract
The calculation of energy consumption in buildings, using software such as DOE-2, normally assumes that heat is transferred through building envelopes by pure conduction. That is only true when there are no pores within the materials. However, because most of the materials used in building construction are porous, they contain air and water in its different phases. This causes walls to be subjected to thermal and moisture gradients, so in addition to heat transfer, mass transfer occurs simultaneously and both of each are highly interdependent. In order to study the moisture influence on higrothermal performance of building materials, we have developed a code of coupled heat and moisture transfer in porous building elements. This code is divided into two parts. The first part contains calculus routines that allows evaluation of transport coefficients. These coefficients are derived from porosity, permeability, suction capilar pressure, sorption isotherm and dry-basis thermal conductivity, which are calculated from mathematical models that use only pore size distribution and sorption isotherm. The second part is composed of heat and moisture transfer models, called TCU models, the choice of which is determined based on three factors: precision, simulation speed and both availability and reliability of higrothermal properties. The TCU models proposed are conceived according to a new methodology - to capacitate raising the time step, with a minimum loss of accuracy by becoming numerically stable as a result of two new considerations. The first of which takes into account the vapor exchanged between the wall surfaces and the air, as a linear function of temperature and moisture content, rather than vapor concentration. The second of which introduces a new generic algorithm to solve simultaneously the governing equations. In conclusion, we show how important the moisture field is in conduction calculation to estimate both peak load and yearly energy consumption by comparison with values obtained by pure conduction transfer. We also observe that in most cases simplified TCU models may lead to very good results and significantly reduce the simulation run-time and the required number of inputs. In addition, we verify that the use of transport coefficients, generated by pore size distribution and sorption isotherm, may result in a very good evaluation of sensible and latent conduction through porous building elements.
