Aplicabilidade de sistemas de ventilação com permutador de calor ar-solo no clima português

Abstract

As exigências da sociedade moderna e os seus hábitos estão a transformar o planeta Terra, desgastando os seus recursos naturais e poluindo os solos, a água e a atmosfera. O elevado ritmo de consumo energético, especialmente no sector da construção, tem levado a um intenso estudo de desenvolvimento e à utilização de energias renováveis com o objetivo de reduzi-lo até um nível sustentável. As Diretivas Comunitárias e a legislação portuguesa atualmente em vigor apontam para o aumento da eficiência energética dos edifícios, conseguindo-o através do aumento do isolamento térmico da envolvente, do melhoramento da estanquicidade ao ar dos envidraçados e da implementação de um mínimo horário de renovações do ar interior. No entanto, tem-se verificado que se com o aumento do isolamento da envolvente se conseguem reduzir os fluxos de calor entre o exterior e o interior, com a renovação de ar por hora aumenta-se as necessidades de aquecimento e por vezes de arrefecimento. Neste contexto, a utilização conjunta de sistemas de ventilação convencionais e de permutadores de calor com tubos enterrados no solo, pode trazer benefícios na redução dos consumos energéticos das necessidades de aquecimento e arrefecimento. Nestes sistemas, o ar insuflado é pré-aquecido ou pré-arrefecido ao circular nos tubos, dependendo da temperatura do ar em relação ao solo. Estas diferenças de temperatura podem atingir valores durante os picos de calor ou de frio, suficientes para reduzir significativamente ou eliminar a necessidade de equipamentos de aquecimento e arrefecimento. Tendo em conta que o referido sistema já foi alvo de variados estudos e é amplamente utilizado em vários países, pretende-se com este estudo a comparação direta entre os comportamentos térmicos de um edifício com e sem um sistema de tubos enterrados. Em adição, pretende-se estudar parametricamente a influência que os parâmetros de comprimento, diâmetro, profundidade e tipo de material dos tubos exercem na performance do sistema. Para isso, utilizar-se-á o programa de simulação energética “EnergyPlus” de modo a avaliar o desempenho da manutenção do conforto térmico num ambiente doméstico em várias zonas de Portugal.

The demands of modern society and its habits are changing the planet Earth, wearing out natural resources and polluting the soil, water and atmosphere. The high rate of energy consumption, especially in the construction sector, has led to an intense study, development and use of renewable energy in order to reduce it to a sustainable level. The Community Policies and Portuguese legislation currently in effect lead to an improvement of buildings' energy efficiency, achieving it by increasing thermal insulation of the external envelope, improving the air tightness of the glazing and the implementation of a minimum legal value of interior air changes per hour. However, it has been found that if with increased thickness of the surrounding insulation the heat flow between the inside and the outside is reduced, the imposed air changes per hour increase the energy consumption for heating and cooling. In this context, the joint use of conventional HVAC and earth-to-air heat exchanger systems can bring benefits in reducing energy consumption for heating and cooling. In these systems, the insufflated air is preheated or precooled, depending on the difference between the soil and air temperatures, when it flows through the buried pipes. These temperature difference can reach values, at the peaks of heat or cool, enough to significantly reduce or eliminate the need for heating and cooling equipment. Considering that this system has been the subject of various studies and is widely used in various countries, the aim of this study is the direct comparison of the thermal behaviour of a building with and without the buried pipes' system. In addition, it is intended to perform a parametrical study which determines the system's performance influence of parameters such as length, diameter, depth and pipes' material. For this, the energy simulation program "EnergyPlus" shall be used, in order to evaluate the thermal performance of the earth-to-air heat exchanger system applied in a residential environment in several places of Portugal.