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UNIVERSIDADE FEDERAL DE CIÊNCIA E INOVAÇÃO DO RIO DE JANEIRO
Engenharia de Produção e Sistemas (31022014001P4)
UTILIZAÇÃO DE CHAMINÉS SOLARES E TROCADORES DE CALOR TERRA-AR PARA REDUÇÃO DE CUSTOS COM REFRIGERAÇÃO
ERICK SABINO DE OLIVEIRA
DISSERTAÇÃO
01/12/2023

Nos ultimos anos, tem sido cada vez mais evidente o aumento de eventos ´ climaticos extremos, que s ´ ao causados, em grande parte, pelo ser humano e suas ˜ atividades. A crescente preocupac¸ao mundial com o consumo desenfreado de com- ˜ bust´ıveis fosseis tem levado a inser ´ c¸ao do conceito de sustentabilidade em diversas ˜ areas, inclusive na rotina da popula ´ c¸ao e nos processos industriais. Processos de aqueci- ˜ mento e resfriamento de ar e agua s ´ ao respons ˜ aveis por cerca de 49% do consumo total ´ de energia das edificac¸oes em todo o mundo. Para reduzir essa carga t ˜ ermica, existem ´ metodos de ventila ´ c¸ao e refrigera ˜ c¸ao passiva, como a chamin ˜ e solar e o trocador de calor ´ terra-ar (EAHE), que podem ser combinados para amplificar seus benef´ıcios individuais. Este estudo teve como objetivo analisar a viabilidade da combinac¸ao de um EAHE de 2 ˜ metros de profundidade e um sistema de chamine solar de 1,6 metros de altura, como ´ uma alternativa sustentavel para reduzir os custos de energia associados ao resfriamen- ´ to/aquecimento. Para isso, foi avaliado o potencial de refrigerac¸ao do solo no estado de ˜ Dakota do Norte, nos Estados Unidos, devido ao historico de monitoramento do solo para ´ a agricultura e a facilidade de obten ` c¸ao de dados hist ˜ oricos. A partir dessas informa ´ c¸oes, ˜ o sistema chamine solar e EAHE foi dimensionado e especificado, e seu funcionamento ´ foi simulado com dados coletados nas estac¸oes meteorol ˜ ogicas de Dakota do Norte. ´ A analise dos resultados incluiu a vaz ´ ao m ˜ assica de ar induzida pela chamin ´ e solar, a ´ temperatura do ar na sa´ıda do trocador de calor, que podera ser utilizado para refrigera ´ c¸ao˜ total ou parcial, dependendo das caracter´ısticas da habitac¸ao, e a capacidade t ˜ ermica do ´ solo para arrefecer ou aquecer o ar. Para realizar a avaliac¸ao da redu ˜ c¸ao do consumo de ˜ energia em refrigerac¸ao e aquecimento, foi simulado tamb ˜ em a carga t ´ ermica proveniente ´ da relac¸ao do clima com a habita ˜ c¸ao e calculado a carga t ˜ ermica que a chamin ´ e poderia ´ inserir ou remover desse sistema. Foram identificadas as condic¸oes clim ˜ aticas essenciais ´ para a utilizac¸ao do sistema, o qual demonstrou uma redu ˜ c¸ao significativa no consumo de ˜ energia. Durante o inverno, essa reduc¸ao foi observada em 50% dos casos, enquanto no ˜ verao atingiu 66% dos cen ˜ arios avaliados. Essa melhoria resultou em uma diminui ´ c¸ao no ˜ consumo de energia, variando entre 25% e 50%. Em resumo, este estudo apresenta uma soluc¸ao sustent ˜ avel para reduzir o consumo de energia em processos de resfriamento ´ de edificac¸oes, por meio da combina ˜ c¸ao de t ˜ ecnicas de refrigera ´ c¸ao passiva, como a ˜ chamine solar e o EAHE, e a utilizac¸ ´ ao da capacidade t ˜ ermica do solo.

sustentabilidade;energia solar;trocadores de calor terra-ar;sistema de resfriamento passivo;conforto termico
n recent years, the increase in extreme weather events has become increasingly evident, largely caused by human activity. The global concern about the unchecked consumption of fossil fuels has led to the integration of sustainability concepts in various areas, including in the routine of the population and industrial processes. Heating and cooling processes for air and water account for approximately 49% of the total energy consumption of buildings worldwide. To reduce this thermal load, there are passive ventilation and cooling methods, such as the solar chimney and the earth-air heat exchanger (EAHE), which can be combined to amplify their individual benefits. This study aimed to analyze the viability of combining a 2-meter deep EAHE and a 1.6-meter tall solar chimney system as a sustainable alternative to reduce energy costs associated with cooling/heating. The potential for soil cooling in North Dakota, USA, was evaluated due to the soil monitoring history for agriculture and the ease of obtaining historical data. Based on this information, the solar chimney and EAHE system were dimensioned and specified, and their operation was simulated using data collected from meteorological stations in North Dakota. The analysis of the results included the mass flow rate of air induced by the solar chimney, the air temperature at the heat exchanger outlet, which could be used for total or partial cooling depending on the housing characteristics, and the thermal capacity of the soil for cooling or heating the air. To evaluate the energy consumption reduction in cooling and heating, the thermal load from the interaction between the climate and the dwelling was also simulated and the thermal load that the chimney could add to or remove from the system was calculated. The necessary climatic conditions for the system’s operation were identified, and it demonstrated a noteworthy reduction in energy consumption. This reduction was observed in 50% of cases during winter and in 66% of cases during summer. This improvement led to an energy consumption decrease ranging from 25% to 50%.In summary, this study presents a sustainable solution to reduce energy consumption in building cooling processes by combining passive cooling techniques such as the solar chimney and EAHE and using the thermal capacity of the soil.
sustainability;solar energy;earth-air heat exchangers;passive cooling system;thermal comfort
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PORTUGUES
UNIVERSIDADE FEDERAL DE CIÊNCIA E INOVAÇÃO DO RIO DE JANEIRO
O trabalho possui divulgação autorizada
5. Trab.Final_Erick S.pdf

Contexto

TECNOLOGIA, GESTÃO E INOVAÇÃO
CIÊNCIA, TECNOLOGIA, INOVAÇÃO & SOCIEDADE (CTI&S)
-

Banca Examinadora

DADUI CORDEIRO GUERRIERI
DOCENTE - PERMANENTE
Sim
Nome Categoria
IGOR LEAO DOS SANTOS MONTES Docente - PERMANENTE
DADUI CORDEIRO GUERRIERI Docente - PERMANENTE
JOSE LUIZ ZANON ZOTIN Participante Externo
ENIO PEDONE BANDARRA FILHO Participante Externo
CRISTINA GOMES DE SOUZA Docente - PERMANENTE

Vínculo

-
-
-
Não
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