Academic literature on the topic 'Piso radiante hidráulico - Conforto térmico'

Resumo O objetivo deste trabalho é realizar uma avaliação energética da Escola Superior Aveiro Norte (ESAN), situada no município de Oliveira de Azeméis (Portugal). Esse edifício possui tecnologias de climatização pouco convencionais em Portugal, como bombas de calor geotérmicas associadas a piso radiante e ventilação, com pré-aquecimento de ar, utilizando painéis solares e recuperação de calor. Apesar de visarem a melhoria das condições de conforto térmico com baixo consumo energético, podem não garantir essas condições. Modela-se o edifício com a ferramenta computacional de simulação dinâmica DesignBuilder, introduzindo-se dados relativos a envoltória, iluminação, ocupação, equipamentos e sistemas de climatização. A partir da modelização do edifício e da análise dos resultados, verificou-se que a heterogeneidade da área de superfícies envidraçadas e das cargas térmicas entre os diferentes espaços internos, conjugados com a climatização feita por três sistemas partilhados de aquecimento, ventilação e ar condicionado, causa grandes desequilíbrios térmicos e dificuldades em garantir condições de conforto térmico no edifício. Este estudo poderá ser aplicado em outras tipologias de edifícios, especialmente aqueles situados em regiões com grandes amplitudes térmicas diárias e/ou sazonais, com necessidades de aquecimento e arrefecimento. Além disso, demonstra-se que, com bom planejamento, é possível projetar edifícios com eficiência energética e conforto térmico.

O objetivo desta pesquisa foi avaliar a eficiência dos diferentes sistemas de aquecimento em abrigos escamoteadores para leitões. Foi desenvolvida na sala da maternidade, com 80 animais entre o nascimento e o desmame, adotando-se 4 diferentes sistemas de aquecimento: piso térmico, lâmpada incandescente, resistência elétrica e lâmpada infravermelha. As variáveis ambientais foram registradas no ambiente externo, sala da maternidade e no interior de cada abrigo escamoteador avaliado, ao longo de 18 dias. Para avaliação zootécnica foram registrados ganho de peso diário (GPD) e mortalidade. A análise técnico-econômica foi feita considerando-se o consumo de energia elétrica e o GPD dos animais. O delineamento experimental foi em blocos casualizados com 4 tratamentos e 18 blocos. Os sistemas de aquecimento apresentaram diferenças significativas para temperatura de bulbo seco umidade relativa do ar (UR), e para os índices de conforto, carga térmica radiante e entalpia, sendo que os tratamentos que se mostraram mais adequados, do ponto de vista térmico e técnico-econômico, foram lâmpada incandescente e resistência elétrica.

Objetivou-se, nesta pesquisa, avaliar o comportamento de leitões em diferentes sistemas de aquecimento, por meio de análise de imagem e identificação eletrônica, na sala da maternidade, com 80 animais entre o nascimento e o desmame. Os tratamentos adotados para avaliação da eficiência dos diferentes sistemas de aquecimento foram: piso térmico, lâmpada incandescente, resistência elétrica e lâmpada de infravermelho. O delineamento experimental foi em blocos casualizados com quatro tratamentos e 18 blocos, as médias foram comparadas pelo teste Tukey. A avaliação física dos ambientes foi realizada por intermédio da temperatura de bulbo seco (Ts), temperatura de bulbo úmido (Tu) e temperatura de globo negro (Tg), registradas por cabos termopares tipo T armazenados em uma plataforma automática de dados, em intervalo horário. Índice de temperatura de globo e umidade (ITGU), carga térmica radiante (CTR) e entalpia (H) foram calculados usando as variáveis ambientais registradas. Os dados ambientais foram registrados em ambiente externo, na sala da maternidade e no interior de cada abrigo escamoteador, durante 18 dias. Ganho de peso diário (GPD) e mortalidade também foram registrados. A avaliação comportamental foi realizada utilizando a análise de imagem, identificação eletrônica. Para o período de inverno, o uso de lâmpada incandescente e resistência elétrica foi mais adequado sob o ponto de vista térmico, durante a primeira e segunda semanas, entretanto, considerando-se o reflexo do aquecimento no comportamento dos leitões na terceira semana, o piso térmico foi o que proporcionou melhor condição de conforto aos animais.

Neste trabalho foi estudado o desempenho térmico de um piso radiante com dois tipos de acabamento de superfície, estudo este realizado numa câmara climática com ambiente controlado. Este estudo teve como objectivo caracterizar o desempenho térmico do piso para cada tipo de acabamento da superfície e o seu impacto nas condições de conforto térmico no interior da câmara. Para a realização deste estudo inicialmente simulou-se condições de verão e de inverno no interior da câmara climática, utilizando-se posteriormente o piso para arrefecer e aquecer (respectivamente) o interior da câmara. Este protocolo de ensaio foi utilizado para o ensaio do piso com os dois tipos de acabamento superficial. A análise do conforto térmico no interior da câmara climática foi feita seguindo-se a norma ISO 7730, a qual utiliza o modelo desenvolvido por Fanger [1] numa câmara climática, para tal foram calculados os índices de conforto térmico (PMV e PPD) através de folhas de cálculo auxiliadas pelo programa VISUAL BASIC. Estas análises revelaram-se inconclusivas para a determinação de qual o acabamento de superfície do piso radiante com melhor desempenho a nível térmico e de conforto, para o funcionamento em modo de aquecimento, pois ambos os acabamentos de superfície testados apresentaram desempenhos semelhantes. Em modo de arrefecimento o piso com acabamento em cerâmica apresentou um melhor desempenho tanto em termos térmicos como também a nível de conforto.
In this work was studied the thermal performance of a radiant floor with two types of surface finish, this study was conducted in a climatic chamber with controlled environment. This study aimed to characterize the thermal performance of the floor for each type of surface finish and its impact on thermal comfort conditions inside the chamber. For this study were initially simulated conditions of summer and winter climate in the chamber, the floor was then used to cool and heat (respectively) the chamber. This test protocol was used for testing the floor with the two types of surface finish. The analysis of thermal comfort inside the climatic chamber was performed according to ISO 7730, which uses the model developed by Fanger (1982) [1] in a climatic chamber. Thermal comfort indices (PMV and PPD) were calculated using spreadsheets assisted by the program VISUAL BASIC. These tests proved to be inconclusive in determining which surface finish of the floor had the best thermal and comfort performance in heating mode, because both surface finishes tested presented similar results. In cooling mode, the floor with the ceramic finish presented a better thermal performance, as well in terms of comfort.

Nesta dissertação pretendeu-se estudar o desempenho térmico de um piso radiante hidráulico com diferentes acabamentos. Construiu-se um provete de um sistema de piso radiante hidráulico em que se fez variar o tipo de acabamento. Estudaram-se quatro tipos de revestimento superficial, o piso flutuante sintético de 7 mm de espessura assente num feltro de 1 mm, o piso flutuante sintético de 7 mm de espessura assente num feltro de 3 mm de espessura, um piso flutuante de madeira com 14 mm de espessura assente num feltro com 3 mm de espessura e o piso cerâmico com 7 mm de espessura assente em cimento cola com 4 mm de espessura. Na realização dos testes recolheram-se as temperaturas registadas em todas as camadas do piso radiante hidráulico. O estudo foi realizado em regime transitório, fazendo-se variar a temperatura do banho térmico de 20 a 45ºC, com intervalos de 5ºC. A duração de cada ensaio estende-se até à estabilização das temperaturas, o registo das temperaturas foi feito com intervalos de 15 minutos. Analisou-se os diferentes revestimentos e foi verificado qual o piso que apresenta uma temperatura à superfície mais elevada ou baixa para cada uma das variações da temperatura no banho térmico. Foi verificado que o revestimento cerâmico tem um comportamento que o coloca como o melhor revestimento superficial. O revestimento cerâmico tem resultados que superam o piso radiante sem revestimento. Com o aumento da temperatura do banho, diminui o tempo de resposta para todos os sistemas, e aumenta o tempo de estabilização. Visto este estudo não ser realizado numa sala com temperatura ambiente constante, a temperatura pelo qual foi estabilizado todo o provete para dar início à experiencia, teve que ser adaptada com o aumento das condições de temperatura ambiente.

Devido à climatização dos ambientes internos condicionar o bem estar e o conforto térmico das pessoas é que se fazem necessárias novas pesquisas que procurem potencializar as tecnologias existentes e reduzir tanto os custos de instalação quanto o consumo de energia. É sabido que os sistemas convencionais de calefação proporcionam um alto consumo de energia e uma emissão de níveis de ruído muitas vezes inaceitáveis, entretanto os sistemas radiantes ganham, a cada dia, uma maior abrangência como alternativa de climatização devido às suas vantagens comparativas com relação aos sistemas convencionais. O emprego de sistemas de calefação por piso radiante em muitos países é limitada pelo preço da instalação como consequência do elevado custo dos materiais como é o caso da fabricação das tubulações. Estas geralmente são fabricadas de polietileno ou de cobre, sendo este ultimo o que entrega um maior desempenho térmico e, por conseguinte um melhor fornecimento de energia, mas o elevado custo deste material restringe o seu uso principalmente ao setor residencial, podendo atingir um mercado maior que compreenda edifícios públicos, de escritório, escolas, hospitais, etc. Com isso, este trabalho procura reduzir a quantidade de materiais de tubulação necessários para garantir o desempenho do sistema e o conforto térmico de uma habitação aquecida com um sistema radiante. Para isto, foi desenvolvida a resolução numérica do modelo matemático da transferência de calor no interior do piso pelo método dos volumes finitos na formulação implícita e implementada em código computacional na linguagem Matlab. Para isto, foram considerados dois parâmetros fundamentais para garantir o conforto térmico da habitação que correspondem à temperatura da água e a distancia entre os tubos que compõem o sistema. A análise corresponde ao cálculo da temperatura superficial do piso para distintas temperaturas da água e distintas distâncias, obtendo resultados interessantes que permitem reduzir o custo da instalação em até um 40%.
Due to temperature control of interiors conditioning the well-being and the thermal comfort of people, it is necessary to make new researches aiming to improve the existing technologies and to reduce both installation costs and energy consumption. It is known that the use of traditional heating systems involves high energy consumption and, in some cases, unacceptable noise levels; while radiant systems are gaining a wider scope as a heating alternative due to its advantages compared to conventional systems. The use of radiant floor heating systems in Brazil is limited by installation cost due to the high price of required materials. This fact restricts the use of these systems primarily to the residential sector. However, it may be possible for this technology to reach a larger market, including public buildings, offices, schools and hospitals. Therefore, to optimize the most relevant design parameters relating to the thermal performance of the system and reduce both the amount of required materials and the system operating time, this paper elaborates on a method consisting of a high-resolution numerical mathematical model of the heat transfer within a floor using a finite control volume method with an implicit solution scheme. In this work, we consider how the properties of the materials, environmental thermal comfort factors and the performance of the system work together with the theoretical underpinnings of the heat transfer phenomenon to define the design parameters to optimize the materials and provide greater control over the energy consumption. This optimization is achieved without changing any environmental thermal comfort conditions or the well-being of the occupants. Finally, a numerical solution for the heat transfer within the floor is implemented using the computer code Matlab.

Doutoramento em Geociências
As pedras naturais, são um georrecurso precioso, não renovável e de inegável durabilidade confirmada pelos monumentos existentes um pouco por todo o Mundo. Sendo cada vez mais utilizadas na construção moderna, quer em fachadas dos edifícios quer em pavimentos simples ou associados a novas tecnologias como o piso radiante, é importante saber efetivamente qual o seu comportamento face às variações térmicas que experimentam aquando da sua utilização para aliar o conforto térmico à eficiência energética. A caracterização física e mecânica das rochas ornamentais é hoje em dia bastante comum, tendo em vista a sua aptidão como material de construção, não se passando o mesmo com a caracterização térmica. Assim, pretendeu‐se com este trabalho como objetivo principal caraterizar termicamente doze pedras naturais e por outro lado avaliar de que forma as suas propriedades físicas, mecânicas e químicas influenciam o seu comportamento térmico. Numa primeira fase determinaram‐se a massa volúmica aparente, a porosidade aberta, a absorção de água e a composição química e, posteriormente foram determinadas as propriedades térmicas tais como o coeficiente de dilatação térmica linear, a condutividade térmica, o calor específico, a capacidade térmica e a difusividade térmica por meio de ensaios de laboratório. Numa segunda fase foi construído um protótipo de piso radiante para avaliar qual o comportamento térmico de cada uma das pedras naturais em causa, tendo‐se recorrido também à termografia por infravermelhos. Os resultados obtidos foram analisados e efetuaram‐se correlações que permitiram seriar em função da sua “qualidade térmica” as pedras em estudo e inferir também o custo que cada uma delas apresenta quando aplicada em piso radiante. A análise multivariada em componentes principais das variáveis obtidas permitiu evidenciar os pares mais importantes e as correlações existentes entre elas.
Natural stones are a precious, non‐renewable and undeniable durability georesource confirmed by the existing monuments all over the world. Being increasingly used in modern construction, either in buildings façades or either on pavements associated with new technologies like heating floor is really important to know their performance, when experiencing temperature variations during use to combine thermal and energetic efficiency. Nowadays, the physical and mechanical characterization of natural stone is quite common, regarding their suitability as a construction material, not as much as their thermal characterization. Thus, this work has as main purpose the thermal characterization of twelve natural stones and secondly to assess how their physical, mechanical and chemical properties can influence their thermal behavior. In the first stage it is determined the apparent density, open porosity, water absorption and chemical composition and then the thermal properties such as the coefficient of linear thermal expansion, thermal conductivity, specific heat, the heat capacity and thermal diffusivity through laboratory testing were determined. In a second phase we built a prototype to evaluate which was the thermal behavior of the heating floor of each natural stones in question having also turned to infrared thermography. The obtained results were analyzed and made correlations which allowed serialize the stones, depending on their "thermal quality", under study and also infer the cost that each of them presents when applied on radiant floor. Principal Component Analysis of the main variables obtained were highlighted the major pairs and the existing correlations between them.

Mestrado em Engenharia Mecânica
O objetivo principal deste trabalho é realizar uma avaliação energética à Escola Superior Aveiro Norte (ESAN), que é um polo da Universidade de Aveiro, situado em Oliveira de Azeméis. A motivação na escolha do objeto de estudo deste trabalho prende-se com o facto de ser um edifício único, recente, com pouco estudadas em Portugal, como bombas de calor geotérmicas associadas a piso radiante e ventilação, com pré-aquecimento de ar com recurso a painéis solares e recuperação de calor. Estas tecnologias foram usadas com vista a obter conforto, com um baixo consumo energético, apesar de não estarem a conseguir garantir essas condições. Por outro lado, o interesse no edifício está no facto de não ter sido, até à data, objeto de estudos relativos ao desempenho energético, desde a sua construção. Para realizar o estudo, utilizou-se o programa de simulação dinâmica DesignBuilder para modelar o edifício, introduzindo-se os dados relativos à envolvente, iluminação, ocupação, equipamentos e sistemas de climatização. A partir da análise dos resultados e do conhecimento do edifício proveniente do estudo da documentação fornecida e das visitas ao local, foi possível verificar que a heterogeneidade da área de envidraçados e das cargas térmicas entre as diferentes salas conjugada com a climatização pelos mesmos sistemas, causa grandes desequilíbrios térmicos e dificuldades no controlo das condições de conforto dentro do edifício. Consequentemente, propõem-se medidas corretivas com vista a melhorar o conforto térmico e a eficiência energética, sendo algumas delas de baixo custo de implementação e poupanças energéticas significativas. Essas medidas têm vista a corrigir problemas de âmbito da implementação e controlo dos sistemas de climatização, ao nível do controlo da iluminação, da localização dos painéis solares para produção de Água Quente Sanitária, do aumento do isolamento da laje de betão que contém o piso radiante e da proteção solar pelo exterior da área envidraçada.
The main goal of this project is to carry out an energy assessment to the School of Design, Management and Production Technologies Northern Aveiro (Escola Superior Aveiro Norte - ESAN), which is a the most recent organic unit of the University of Aveiro, located in the town of Oliveira de Azeméis. The motivation in choosing this subject relates to the fact that it is a unique, new building, modern with not very studied technologies, such Ground Source Heat Pumps associantd with radiant floors and ventilation with air preheating, aided by solar air panels and sensible heat recuperation. These technologies were used to achieve comfort, with a low energy consumption, even though they were not able to guarantee these conditions. Furthermore, the interest in the building is the fact that it is has not been, to date, the object of any study concerning energy performance, since its construction. For this study, it was used DesignBuilder a dynamic simulation program for modeling the building, entering data on the environment, lighting, occupancy, equipment and HVAC systems. From the analysis of the results and knowledge of the building from the study of the documentation provided and the site visits, it was possible to verify that the heterogeneity of the area of glazing and of the thermal loads between the different rooms combined with the HVAC through the same systems causes great thermal imbalances and difficulties in controlling the comfort conditions inside the building. Consequently, corrective measures are proposed to improve thermal comfort and energy efficiency, some of them with low implementation costs and significant energy savings. These measures are aimed at correcting problems related to the implementation and control of HVAC systems, in terms of lighting control, the location of solar panels for the production of Sanitary Hot Water, increasing the insulation of the concrete slab containing radiant floor and solar protection by the exterior of the glazed area.

Esta dissertação apresenta uma alternativa de controlo, regulação e comando de pisos radiantes hidráulicos, inovadora, mais flexível e eficiente que garante ótimos níveis de conforto térmico à custa do mínimo de energia. Atualmente, o controlo dos pisos radiantes hidráulicos é feito, na maioria dos sistemas, recorrendo a termostatos que comandam os atuadores do sistema de modo a regular a temperatura do ar do(s) compartimento(s). É sabido que o conforto térmico do ocupante (traduzido pelo índice PMV) não depende somente da temperatura do ar, mas de outros fatores como por exemplo, da humidade do ar, da temperatura radiante, entre outros. Deste modo não é suficiente manter a temperatura do ar do compartimento para assegurar conforto térmico. Este estudo consiste no desenvolvimento de um algoritmo que tem todos os fatores supracitados, comandando desta forma os atuadores do PRH de forma a manterem constantemente uma temperatura que permita atingir ótimo conforto térmico, com o mínimo de intervenção por parte do utilizador. A pensar no futuro, o algoritmo de controlo foi implementado num controlador com capacidade de comunicação wireless com sensores com captação de energia residual (Energy Harvesting). O estudo experimental de verificação do desempenho do algoritmo de controlo implementado no controlador da EnOcean, considerou a sua aplicação a um provete de sistema de PRH com revestimento em piso flutuante inserido numa câmara climática. Foram considerados dois ensaios experimentais com condições climáticas da estação de Inverno. No primeiro ensaio, a temperatura da água à entrada possui o valor de 35 ºC enquanto no segundo possui o valor de 40 ºC. No primeiro o controlador ligou/desligou o atuador com menos frequência obtendo-se maior estabilidade e manteve a superfície do piso a uma temperatura inferior a 29 ºC tal como é recomendado pelas normas internacionais. Apesar de ter levado mais tempo para atingir condições de conforto térmico o controlador foi 100% eficaz. No segundo essas condições foram atingidas mais rapidamente mas à custa de mais trabalho por parte do atuador que teve de ligar/desligar mais vezes provocando um stress térmico maior. Para este último caso contudo o controlador não foi 100% eficaz já que parte do piso excedeu os 29 ºC, chegando aos 30 ºC durante parte do tempo de ensaio.

A presente dissertação debruça-se sobre a avaliação dos pavimentos radiantes, focando especificamente sobre o estudo de betonilhas de preenchimento usado nestes sistemas. Para esse efeito foi construído três lajes com sistemas de piso radiante hidráulico com as mesmas medidas, forma e passo. Cada laje foi executada com uma formulação de betonilha diferente de modo a puder comparar os resultados entre estas. A dissertação está estruturada em seis capítulos. É feito o enquadramento e motivação do estudo, apresentado os tipos de sistemas de pavimento radiante e suas componentes, de seguida é feita a apresentação dos materiais utilizados na construção das lajes da campanha experimental, metodologia de ensaios seguida e os principais resultados obtidos. Por fim são apresentadas as principais conclusões. A campanha experimental consistiu em três ensaios. O primeiro ensaio consistiu em analisar o comportamento térmico das betonilhas com o sistema de aquecimento do circuito de água quente das três lajes. Este ensaio teve como objetivo determinar o tempo de resposta de aquecimento de cada uma das betonilhas utilizadas. Após um determinado tempo de aquecimento, o sistema de aquecimento foi desligado de modo a poder observar o modo e calcular o tempo e taxa de arrefecimento das lajes. Durante a fase de aquecimento foram sendo registadas imagens termográficas. O segundo ensaio consistiu em deixar ligado o sistema de aquecimento ligado durante um período de 24 horas. Durante este tempo pode-se analisar o comportamento térmico e taxa de aquecimento de todas as betonilhas. O terceiro ensaio consistiu no estudo do sistema em respeito ao tempo de funcionamento da fonte de calor para manter a temperatura da superfície da betonilha das lajes entre um intervalo de temperatura de trabalho (máximo e mínimo). Por comparação, foi possível identificar quais das soluções é mais eficiente em respeito à economia de energia, isto é, menor tempo de funcionamento da fonte de calor.
This dissertation focuses on the evaluation of radiant floor systems, focusing specifically on the study of mortar screeds used with these systems. For this purpose, three slabs were built with a hydraulic radiant floor system of the same size, shape and pitch. Each slab was executed with a different mortar screed formulation in order to compare the results between them. The dissertation is structured in six chapters. The study is framed and motivated, presenting the types of radiant floor heating systems and their components, followed by the presentation of the materials used in the construction of the slabs of the experimental campaign, the test methodology followed, and the main results obtained. Finally, the main conclusions are presented. The experimental campaign consisted of three tests. The first test consisted in analysing the thermal behaviour of the mortar screeds with the heating system of the hot water circuit of the three slabs. This test aimed to determine the heating response time of each of the mortar screeds used. After a certain heating time, the heating system was turned off in order to observe the mode and calculate the slab cooling time and rate. During the heating phase thermographic imaging was done. The second test consisted in leaving the heating system on for a period of 24 hours. During this time, it was analysed the thermal behaviour and heating rate of all mortar screed solutions. The third test consisted in studying the system with respect to the heat source operating time to maintain the slab screed surface temperature between a working temperature range (maximum and minimum). By comparison, it was possible to identify which of the solutions is the most efficient in terms of energy saving, this is, the shortest operating time of the heat source.
Mestrado em Engenharia Civil