Aperfeiçoamento de um sistema de medição de ganho de calor solar através de aberturas

Abstract

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil.Este trabalho apresenta um estudo de aperfeiçoamento de um sistema de medição de ganho de calor solar para materiais translúcidos e modelos de janelas em escala reduzida. O sistema possibilita quantificar a fração de ganho térmico por radiação que penetra no ambiente através de uma abertura. Para medir o fluxo de calor, foi utilizada uma nova classe de transdutor (fluxímetro), chamado "a gradiente tangencial". Inicialmente, foi realizada uma etapa de calibração dos sensores utilizados nos testes (fluxímetros, termopares e piranômetro), e algumas modificações na estrutura do equipamento. Após isso foram realizadas medições em campo. O protótipo originalmente utiliza um sistema de dissipação de calor através de ventiladores que insuflam o ar diretamente na face posterior da chapa de suporte dos fluxímetros. A elevação da diferença de temperatura entre a chapa e o ar ambiente reduz a passagem do fluxo de calor através dos sensores, gerando erros na medição. Os resultados da etapa de medições, após a calibração dos sensores, demonstraram a ocorrência de um erro médio no valor do Fator Solar medido de aproximadamente 5,8%, com uma diferença média de temperatura de 11,1°C entre a chapa de suporte dos fluxímetros e o ar. Novos testes foram realizados sendo aplicado um sistema de resfriamento por circulação de água em um banho termostático. Utilizando este sistema de resfriamento, a diferença média de temperatura entre a chapa de suporte dos fluxímetros e o ar caiu para aproximadamente 0,2°C, e o erro médio no resultado do Fator Solar medido foi de apenas 0,4%. Também, um modelo matemático simplificado de transferência de calor foi desenvolvido para verificar os erros nos valores medidos através de análises paramétricas. Os resultados das medições e das análises paramétricas demonstrando a necessidade de modificação do sistema de resfriamento originalmente utilizado. This work presents a study about the improvement of a measurement system for solar heat gain determination of translucent materials and windows models in reduced scale. The system allows the quantification of the thermal fraction of radiation gain that penetrates the room through a fenestration. In order to measure the heat flow a new class of transducer ("tangential gradient" heat fluxmeter) was used. Initially, a stage of calibration of the sensors (heat fluxmeters, thermocouples and pyranometer) used in the tests was accomplished, following some structural modifications in the equipment. After this, outdoor measurements were carried out. Originally the equipment used a heat dissipation system with fans that insufflate air directly on the backside of the heat fluxmeters' support plate. The raise of temperature difference between the plate and the external air reduces the heat flow passing through the sensors, causing errors in the measurement. The first measurements, after calibrations of sensors, demonstrated the occurrence of an average error in the value of measured SHGC (Solar Heat Gain Coefficient) of around 5,8%, with an average temperature difference of 11,1°C between the plate and the external air. New tests were accomplished with a system of cooling the plate through water circulation in a thermostatic bath. The decrease in the temperature difference between the heat fluxmeters' support plate and the air provided good results. Using this cooling system, the average temperature difference between the plate and the external air decreased to 0,2°C approximately, and the average error in the result of measured SHGC was only 0,4%. Also, a simplified mathematical model was developed to verify the error in measured values through parametrical analyses. The results of measurements and parametrical analyses demonstrated the necessity of the modification in the originally used cooling system