Brise-chaminé-solar: avaliação experimental e por simulação CFD/EnergyPlus de um dispositivo de ventilação

Abstract

Dentre os múltiplos critérios a serem considerados na concepção do projeto de escolas, destaca-se o conforto ambiental por apresentar relação direta na eficácia do processo educativo. Esta pesquisa trata do desenvolvimento de um elemento arquitetônico e da avaliação de seu potencial de utilização em salas de aula. O objetivo deste trabalho consiste em conceber e avaliar o desempenho de um brise- chaminé-solar. Investigou-se o potencial de utilização de proteções solares sob a forma de chaminés solares para promover a ventilação natural. Soluções projetuais foram avaliadas parametricamente por meio de dois pacotes comerciais de simulação computacional, cujas potencialidades e fragilidades foram discutidas. Os resultados deste estudo constatam que os programas de simulação predial e de CFD (Dinâmica de Fluidos Computacional) apresentaram discrepâncias relevantes, de modo que se torna arriscada a tomada decisões projetuais com base em resultados de simulação não validados. Em seguida, discutiu-se de forma mais aprofundada a simulação CFD, incluindo os métodos de modelagem, medição in loco, e os desafios pertinentes à validação dos resultados obtidos com ferramentas de simulação CFD. Os dados reais indicaram que os resultados da simulação CFD foram válidos. Ressalta-se a importância da realização de testes para calibração. Por fim, avaliou-se o desempenho térmico e luminoso de uma sala de aula com brise-chaminé-solar. Identificou-se que o dispositivo foi capaz de reduzir a temperatura operativa da sala de aula, alterando os percentuais de horas em conforto térmico. Com relação à renovação de ar, o brise-chaminé-solar alcançou as taxas recomendadas para a qualidade do ar interior. O brise-chaminé-solar apresentou, ainda, capacidade de reduzir os níveis de desconforto por excesso de iluminação em salas de aula, especialmente sob condições de céu encoberto.

Among the multiple criteria to be considered during the design of scholar buildings, the environmental comfort can be highlighted because of its straight relation with the efficacy of the learning process. This research considers the development of an architectural element and evaluates its potential to be used in classrooms. This study aims to design and evaluate the performance of a shading- solar-chimney. It was investigated the potential use of shading devices under the shape of a solar chimney to promoting natural ventilation. Design solutions were parametrically evaluated using two commercial simulation software, for whose the strengths and weakness were discussed. The results showed that building simulation and CFD (Computational Fluid Dynamics) presented relevant discrepancies, in a way that the design decision based on non-validated simulation results might be risky. In addition, the CFD simulation was discussed in a deeper way, including the modeling methods, in loco measurements, challenges about the validation of the results achieved by CFD simulation tools. The measured data indicated that the CFD results are valid. It is emphasized the importance of the calibration tests. Finally, the thermal and lighting performance of a classroom with the shading-solar-chimney was evaluated. It was identified that the shading-solar-chimney was able to reduce the classroom operative temperature and it changed the percentage of hours in thermal comfort. About the air changes, the shading-solar-chimney achieved the recommended rates to interior air quality. The shading-solar-chimney was, also, able to reduce the levels of discomfort by glare in classrooms, especially under overcast sky.