Desenvolvimento de um sistema de avaliação para ensaios de pavimentos radiantes hidráulicos

Abstract

In recent times, the radiant floor heating system has been gaining increasing relevance due to its heating efficiency and low energy consumption. This dissertation constitutes a detailed study of hydraulic radiant floor systems, conducted during an internship at the Instituto de Investigação e Desenvolvimento Tecnológico para a Construção, Energia, Ambiente e Sustentabilidade (ITECONS).The objectives of this study are to develop an evaluation system for radiant floors, assess the energy performance of the systems, analyze heat distribution in the indoor environment, and consequently evaluate the provided thermal comfort. To achieve these objectives, actions were outlined and implemented to evaluate the system, including the development of a customized program for monitoring and controlling the conducted tests, planning the thermal insulation of the indoor environment, and adhering to established thermal comfort standards.Three distinct radiant floor systems were tested, each with different mortar characteristics and the capacity to function for both heating and cooling. These systems were analyzed under four temperature and relative humidity conditions using a climatic chamber.Additionally, a Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation was performed to complement the experimental evaluation, aiming to validate and corroborate the developed model and, thereby, enhance the reliability of the obtained numerical results.The results of the experimental evaluation were processed, generating essential graphs for system analysis. These results demonstrated the energy performance of the system under study and a highly positive assessment of thermal comfort. However, it was not possible to achieve similar agreement between the CFD simulation and experimental results.In conclusion, the system shows promising and suitable results for both heating and cooling functions. Energy efficiencies for each test are presented for comparison, along with relevant thermal comfort parameters. Additionally, it highlights a reduced vertical temperature discrepancy, indicating temperature uniformity in the indoor environment and adequate thermal comfort. Nevertheless, there are opportunities for improvement in the system analysis, along with pertinent suggestions for future work.

Nos tempos recentes, o sistema de pavimento radiante tem ganho uma relevância crescente, devido à sua eficiência de aquecimento e baixo consumo energético. A presente dissertação constitui um estudo detalhado de sistemas de pavimento radiante hidráulico, realizado durante o período de estágio no Instituto de Investigação e Desenvolvimento Tecnológico para a Construção, Energia, Ambiente e Sustentabilidade (ITECONS).Este estudo tem como objetivos desenvolver um sistema de avaliação de pavimentos radiantes, avaliar o desempenho energético dos sistemas, analisar a distribuição de calor no ambiente interior e, consequentemente, avaliar o conforto térmico proporcionado. Para cumprir tais objetivos, foram delineadas e implementadas ações destinadas à avaliação do sistema como a elaboração de um programa personalizado para a monitorização e controlo dos ensaios realizados, o planeamento do isolamento térmico do ambiente interno e a adesão a normas de conforto térmico estabelecidas.Foram testados três pavimentos radiantes distintos, cada um com argamassa de características diferentes e com capacidade para desempenhar tanto a função de aquecimento como de arrefecimento, tendo sido analisados para quatro condições de temperatura e humidade relativa, através da utilização de uma câmara climática. Adicionalmente, realizou-se uma simulação através da Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD) com o propósito de complementar a avaliação experimental, procurando validar e corroborar o modelo desenvolvido e, por conseguinte, reforçar a fiabilidade dos resultados numéricos obtidos.Os resultados da avaliação experimental foram processados, originando os gráficos essenciais para a análise do sistema. Estes resultados mostraram o desempenho energético do sistema em estudo e uma avaliação do conforto térmico bastante positiva. No entanto, não foi possível obter uma concordância semelhante entre a simulação CFD e os resultados experimentais. Conclui-se que o sistema revela resultados promissores e adequados, tanto no que concerne à função de aquecimento como à de arrefecimento. São apresentadas as eficiências energéticas do sistema para cada ensaio, de modo a proceder à comparação entre eles, juntamente com parâmetros de conforto térmico relevantes. Além disso, evidencia uma discrepância vertical de temperatura reduzida, o que remete para uma uniformidade das temperaturas no ambiente interior e revela um conforto térmico adequado. Ainda assim, é possível observar e constatar certas medidas para melhorias na análise do sistema, bem como sugestões pertinentes para trabalhos futuros.