Implementação de um modelo para simular o comportamento térmico de coberturas instaladas em câmara climática

Abstract

O uso elevado de energia por parte dos edifícios surge como um dos problemas mais relevantes dos últimos tempos, surgindo a necessidade do estudo do comportamento térmico dos edifícios que depende muito das soluções que compõem a sua envolvente.A cobertura é um dos elementos do edifício com maiores flutuações térmicas. O isolamento térmico é um dos componentes com maior impacto na redução destas flutuações, sendo de elevada importância conhecer a sua natureza e as suas propriedades. Estes materiais são relevantes pela resistência térmica que oferecem, mas também pelo seu comportamento quando sujeitos a um regime transiente, já que contribuem significativamente no atraso térmico.Um exemplo de uma solução que pode apresentar um comportamento térmico bastante dinâmico é a cobertura verde porque além das propriedades dos materiais que a compõem têm o efeito do substrato e da vegetação. O comportamento destas camadas depende de diversos fatores, nomeadamente do teor de humidade, da densidade da vegetação, etc. O desenvolvimento e estudo deste tipo de soluções deve ser, por isso, alvo de investigação.A motivação do presente trabalho prende-se com avaliação do uso de aglomerado de cortiça expandida em soluções de coberturas verdes e da necessidade de implementar modelos que permitam a sua simulação em condições específicas de uso.No presente trabalho, a implementação e validação dos modelos de simulação foi realizada para os regimes permanente e transiente. Após a validação dos modelos através da comparação dos resultados obtidos nas simulações com as medições efetuadas numa campanha experimental efetua-se uma análise de três casos de estudo de modo a perceber as alterações ocorridas nas trocas de calor consoante os modelos se encontrem secos ou saturados, adicionando-se uma camada de substrato em dois casos de estudo, com propriedades diferentes.Os fluxos de calor ao longo do modelo com aglomerado de cortiça expandida aumenta cerca de 23%, quando saturado. Já os modelos com substrato têm fluxos de calor com um aumento entre os 30% e os 35%, quando saturados.

The high energy use by buildings reveals itself as one of the most relevant problems of recent times, arising the need to study the thermal behavior of buildings that depends a lot on the solutions considered for its surroundings.The roof is one of the elements of the building with greater thermal fluctuations. Thermal insulation is one of the components that has the greatest impact in reducing these fluctuations, and it is of great importance to know its nature and properties. These materials are relevant for the thermal resistance they present, but also for their behavior when subjected to a transient state, since they contribute significantly to the thermal delay.An example of a solution that can present a very dynamic thermal behavior is the green roof because in addition to the properties of the materials that compose it have the effect of the substrate and the vegetation. The behavior of these layers depends on several factors, namely the moisture content, the density of the vegetation, etc. The development and study of such solutions should therefore be the subject of research.The motivation of the present work is to evaluate the use of expanded cork agglomerates in green roofing solutions and the need to implement models that allow it´s simulation under specific conditions of use.In the present work, the implementation and validation of the simulation models was performed for the permanent and transient states. After the validation of the models through the comparison of the results obtained in the simulations with the measurements achieved by an experimental campaign. An analysis of three case studies is performed in order to perceive the changes occurred in the heat exchanges according to whether the models are dry or saturated, by adding a layer of substrate in two case studies with different properties.The heat fluxes along the model with expanded cork agglomerate increases about 23% when saturated. Already the substrate models have heat flows with an increase between 30% and 35% when saturated.