Caracterização do desempenho térmico de soluções construtivas sujeitas a um regime de transferência de calor dinâmico

Abstract

Esta dissertação aborda o comportamento térmico de soluções construtivas sujeitas a transferência de calor transiente, uma vez que são sujeitas a variações de temperatura. A imposição de um regime dinâmico, contrariamente ao permanente, permite uma análise e compreensão dos fenómenos térmicos mais próxima da situação real, permitindo estudos mais detalhados de otimização no consumo energético dos edifícios. Esta abordagem abrange todo o tipo de parede exterior, seja ela um elemento estrutural ou não.Este estudo tem como objetivo a caracterização do desempenho térmico de soluções construtivas sujeitas a uma variação sinusoidal da temperatura na superfície exterior, através da determinação das características térmicas dinâmicas. Esta caracterização abrange a determinação de parâmetros como o atraso térmico, a transmissão térmica de calor e o fator decremental.A determinação do atraso térmico e fator decremental é realizada com recurso a dois tipos de ferramentas: através de procedimentos de cálculo propostos em normas e através de modelos analíticos. Os procedimentos de cálculo, estão expostos na Norma ISO/FDIS 13786:2006(E) e na Norma ABNT Projeto 02:135.07-001/2. Alternativamente às normas, os modelos analíticos (baseados em funções de Green) permitem estudar a propagação de calor, por condução, em sistemas multicamada. Estas formulações são feitas no domínio da frequência, ou seja, após a aplicação de transformadas de Fourier às equações no domínio do tempo, tendo sido, anteriormente a este trabalho, validadas experimentalmente.Na presente dissertação apresenta-se, inicialmente, a validação das ferramentas desenvolvidas. Posteriormente aplica-se a ferramenta baseada na Norma ISO/FDIS 13786:2006(E), numa análise de sensibilidade para conhecer a influência das características das camadas nos resultados finais. De seguida, as ferramentas de cálculo são utilizadas para determinar os parâmetros mencionados para um conjunto de soluções construtivas reais.Os resultados obtidos revelam que quanto menor a condutibilidade térmica e quanto maiores os valores da massa volúmica, calor específico e espessura do isolamento melhor é o comportamento dinâmico das soluções, sendo a condutibilidade térmica a propriedade que mais influencia a resposta.

This thesis addresses the thermal behaviour of constructive solutions subject to transient heat transfer since they are exposed to temperature variations. The imposition of a dynamic regime, unlike the permanent one, allows an analysis and understanding of thermal phenomena closest to reality, allowing more detailed studies of optimization in the energy consumption of buildings. This approach covers all types of exterior walls, may they be structural elements or not.This study aims to characterize the thermal performance of constructive solutions subject to a sinusoidal variation of the temperature on the outer surface, by determination of the dynamic thermal characteristics. In this characterization, the determination of parameters such as the thermal delay, the thermal transmission and decremental factor are determined.The determination of the thermal delay and decremental factor is performed using two types of tools: through calculation procedures proposed in standards and through analytical models. The calculation procedures are set out in ISO/FDIS Standard 13786:2006(E) and ABNT Standard Project 02:135.07-001/2. As an alternative to standards, analytical models (based on Green’s functions) allow the study of heat propagation by conduction in multilayer systems. These formulations are made in the frequency domain, that is, after the application of Fourier transforms in the time domain, having previously been validated experimentally.In the present dissertation is presented, initially, the validation of the tools developed. Afterwards, the tool based on ISO/FDIS 13786:2006(E) is applied, in a sensitivity analysis to know the influence of the characteristics of the layers in the final results. Next, the calculation tools are used to determine the mentioned parameters for a set of constructive solutions.The results show that the lower thermal conductivity and the higher the values of density, specific heat and thickness of the insulation, the better the dynamic behaviour of the solutions, with the thermal conductivity being the property that most influences the response.