Desenvolvimento de modelos computacionais de trocadores de calor solo-ar considerando calor sensível e calor latente : estudo de caso no município de Rio Grande-RS

Abstract

Vive-se em uma época em que todo o mundo está cada vez mais preocupado com o meio ambiente e os impactos ambientais nele causado, tendo em vista isso os Trocadores de Calor Solo-Ar (TCSAs) se destacam por ajudar a diminuir o consumo energético, já que eles complementam a matriz energética utilizada atualmente. Pois, a fonte de energia utilizada por estes equipamentos para aquecimento ou resfriamento de ambientes encontra-se no subsolo. Eles funcionam se aproveitando da energia térmica armazenada no solo, aquecendo o ambiente quando está frio ou o resfriando em períodos quentes. Este trabalho tem como objetivo efetuar estudos simulados de um TCSA na cidade de Rio Grande - RS, Brasil. Os modelos aqui propostos têm como características a utilização da umidade e consequentemente a troca de calor latente e sensível que ocorre na parede dos dutos soterrados dos TCSAs, além de tornar os modelos mais completos e precisos permitindo assim estudos posteriores sobre a viabilidade de implementação em diversas regiões. Também tem como uma característica importante o seu baixo custo computacional, permitindo ajustes de otimização e simulações. Foram desenvolvidos dois modelos: um tridimensional e um unidimensional, ambos com ótimos resultados quando comparados a um experimento real. Eles foram validados através dos resultados obtidos de um TCSA experimental construído na cidade de Viamão - RS, onde foram obtidos erros médio absoluto (MAE) de 1,59827 e 2,03362, respectivamente. Após o desenvolvimento dos mesmos, foi feito um estudo da eficiência energética dos modelos para avaliar a viabilidade de implementação de um TCSA na cidade de Rio Grande - RS. Para tal, baseou-se no indicador de coeficiente de performance (COP), obtendo-se um resultado médio anual de 1,15 para o modelo 3D e 1,66 para o modelo 1D, quando considerada uma temperatura de operação do TCSA entre 22 °C e 24 °C.We live in a time when the whole world is increasingly concerned about the environment and the environmental impacts it causes, in view of this, Earth-Air Heat Exchangers (EAHEs) stands out for helping to reduce energy consumption. , as they complement the energy matrix currently used. The source of energy used by this equipment for heating or cooling environments is located underground. They work by taking advantage of the thermal energy stored in the soil, heating the environment when it is cold, or cooling it in hot periods. This work aims to carry out simulated studies of an EAHE in the city of Rio Grande - RS, Brazil. The models proposed here are characterized by the use of humidity and, consequently, the latent and sensible heat exchange that occurs in the wall of the underground ducts of the EAHEs, in addition to making the models more complete and accurate, thus allowing further studies on the feasibility of implementation in several regions. It also has as an important characteristic its low computational cost, allowing optimization adjustments and simulations. Two models were developed: a three-dimensional and a one-dimensional, both with excellent results when compared to a real experiment. They were validated through the results obtained from an experimental EAHE built in the city of Viam˜ao - RS, where mean absolute errors (MAE) of 1.59827 and 2.03362 were obtained, respectively. After their development, a study of the energy efficiency of the models was carried out to assess the feasibility of implementing an EAHE in the city of Rio Grande - RS. To this end, it was based on the coefficient of performance (COP) indicator, getting the average annual result of 1.15 for the 3D model and 1.66 for the 1D model, when considering an EAHE operating temperature between 22 °C and 24 °C.