Balanço térmico do sistema

Com o intuito de poder quantificar quais as verdadeiras implicações que este sistema apresentará através da sua inclusão na construção do edifício, é essencial proceder ao cálculo do seu balanço térmico, de modo a ser possível compreender qual o seu comportamento térmico e resposta à sua utilização, nomeadamente quais os ganhos de energia provenientes desta.

Já realizado em trabalhos anteriores ([15], [16] e [17]), este estudo mais aturado é importante, visto suportar e consolidar a avaliação experimental levada a cabo neste trabalho, revelando-se também extremamente útil para o futuro pois permite, aquando da ponderação da introdução desta estratégia num edifício, que a decisão seja fundamentada e ciente do real potencial desta.

Para efectuar este balanço térmico, é necessário compreender quais os fenómenos de transferência de calor que ocorrem entre as diferentes zonas através das diferentes superfícies constituintes do sistema. No esquema da Figura 5.10 estão representadas os diferentes fenómenos de troca de calor existentes, entre os quais não estão englobados fenómenos relacionados com não estanquicidade do sistema - ou seja, não são admitidas perdas em qualquer ponto -, seguida da discriminação de cada um deles.

Figura 5.10 Esquema dos fenómenos de transferência de calor que ocorrem entre o sistema de parede ventilada e as zonas contíguas

qrad Sol-PV – Ganhos relativos à radiação solar incidente nos painéis fotovoltaicos, calculados da seguinte maneira: ) ( . . . GA W q_radSolPV 



_PV



_{PV PV}

₍₁₂₎

em que:

αPV – Índice de absortividade dos painéis fotovoltaicos (0,7 para a generalidade dos painéis fotovoltaicos)

τPV – Índice de reflectividade dos painéis fotovoltaicos (0,5 para a generalidade dos painéis fotovoltaicos)

G – Radiação solar incidente (W/m2)

APV – Área dos painéis fotovaltaicos fotovoltaica (m

2

)

hconv PV-Ext – Trocas de calor convectivas entre o exterior e os painéis fotovoltaicos, calculadas através

da seguinte expressão: ) ( ). ).( . 8 , 3 7 , 5 ( V T T A W

h_convPVExt   _PVExt  _{Ext PV}

₍₁₃₎

onde:

V – Velocidade do vento (m/s) TExt – Temperatura exterior (ºC)

TPV Ext – Temperatura da superfície exterior dos painéis fotovoltaicos (ºC)

qrad PV-Ext – Trocas de calor radiativas entre os painéis fotovoltaicos e o exterior, calculadas de acordo

com a expressão seguinte:

)

(

.

)

.(

.

T

T

4

A

W

q

_radPVExt



_{PV PVExt}



_{Ext PV}

₍₁₄₎

onde:

εPV – Factor de emissividade dos painéis fotovoltaicos

qcond PV – Trocas de calor condutivas através dos painéis fotovoltaicos, calculadas da seguinte forma:

) ( ). .(

. T T A W

q_condPV 



_{PV PVExt}  _{PVInt PV}

₍₁₅₎

em que:

λPV – Coeficiente de transferência de calor condutivo dos painéis fotovoltaicos (W/m

2

.ºC) TPV Int - Temperatura da superfície interior dos painéis fotovoltaicos (ºC)

qrad PV-Par – Trocas de calor radiativas entre os painéis fotovoltaicos e a parede interna, cuja expressão de cálculo é:

)

(

.

)

.(

.

T

T

4

A

W

q

_radPVPar



_{PV PVInt}



_{ParInt PV}

₍₁₆₎

em que:

TPar Int – Temperatura da superfície interior da parede interna (ºC)

APar – Área da superfície interna da parede interior (m

2

)

qrad Par-PV – Trocas de calor radiativas entre a parede interna e os painéis fotovoltaicos, cuja expressão

de cálculo é:

)

(

.

)

.(

.

T

T

4

A

W

q

_radParPV



_{Par ParInt}



_{PVInt Par}

₍₁₇₎

em que:

εPar – Factor de emissividade da parede interna

hconv PV.Cav – Trocas de calor convectivas entre os painéis fotovoltaicos e o interior da cavidade, as quais

são calculadas da seguinte forma:

) ( ).

.(T T A W

h

h_convPVCav _{convPV Cav} _{PVInt PV}

₍₁₈₎

onde:

hconv PV – Coeficiente de transferência de calor convectivo dos painéis fotovoltaicos (W/m2.ºC)

TCav – Temperatura do ar no interior da cavidade (ºC)

hconv Par-Cav – Trocas de calor convectivas entre a parede interna e o interior da cavidade, cuja processo

de cálculo se efectua através da seguinte expressão:

) ( ).

.(T T A W

h

h_{convParCav}  _{convPar Cav} _{ParInt Par}

₍₁₉₎

em que:

hconv Par – Coeficiente de transferência de calor convectivo dos painéis fotovoltaicos (W/m

2

.ºC)

qcond Par – Trocas de calor condutivas através da parede interna, que apresentam a seguinte forma de

cálculo:

) ( ).

.(T T A W

q_condPar 



_{Par ParExt}  _{ParInt Par}

₍₂₀₎

em que:

λPar – Coeficiente de transferência de calor condutivo da parede interna (W/m2.ºC)

hconv Vinf – Trocas de calor convectivas através do registo de ventilação inferior, do interior do gabinete

para o interior sistema, calculadas através da expressão:

) ( ). .(

.

. _{inf int inf}

inf V c T T A W

h _{arInf p ar V V}

V

conv 





₍₂₁₎

onde:

Var Inf – Velocidade do ar no registo de ventilação inferior (m/s)

cp – Calor específico do ar (1000 J/kg.K)

ρar – Densidade do ar (1,18 kg/m

3

)

TVinf – Temperatura do ar no registo de ventilação inferior (ºC)

AVinf – Área do registo de ventilação inferior (m2)

hconv Vsup – Trocas de calor convectivas através do registo de ventilação superior, do interior da

cavidade para o gabinete, as quais são obtidas através da expressão:

)

(

).

.(

.

.

_{int sup sup}

sup

V

c

T

T

A

W

h

_convV



_{arSup p}



_ar



_{V V}

(22)

em que:

Var Sup – Velocidade do ar no registo de ventilação superior (m/s)

TVsup – Temperatura do ar no registo de ventilação superior (ºC)

AVsup – Área do registo de ventilação superior (m

2

)

qrad Par-Int – Trocas de calor radiativas entre a parede interna e o interior do gabinete, obtidas pela

seguinte equação matemática:

)

(

.

)

.(

.

T

T

4

A

W

q

_radParInt



_{Par Int}



_{Par Par}

₍₂₃₎

em que:

εPar – Factor de emissividade da parede interna

hconv Par-Int –Trocas de calor convectivas entre a parede interna e o interior do gabinete, as quais são

calculadas da seguinte forma:

) ( ).

.(T T A W

h

hconvParInt  convPar Int  ParExt Par

₍₂₄₎

No entanto, alguns destes processos não poderão ser calculados e quantificados convenientemente, devido à falta de dados pertinentes e fulcrais para tal, sendo estes os valores de temperatura superficial dos painéis fotovoltaicos e da parede interna, tanto da superfície interna como externa. Assim, torna-se impraticável o cálculo dos fenómenos radiativos e convectivos em ambas as superfícies do sistema, tal como os associados ao funcionamento e utilização deste sistema, a energia eléctrica produzida pelos painéis fotovoltaicos.

Apesar disto, com os dados que são recolhidos ao longo deste trabalho e, consequentemente, passíveis de serem utilizados, é possível efectuar uma avaliação dos ganhos térmicos que se obtêm para o interior do espaço em que este sistema está integrado, tanto os convectivos como os condutivos, fazendo que a

este estudo não seja retirada pertinência e validade, visto serem estes dados os mais importantes para a compreensão do verdadeiro impacto que tem a integração desta solução para efeitos de climatização. Será no entanto de esperar que os valores associados aos ganhos por parte do sistema, não igualem os valores relativos às perdas, devido à simplificação acima explicitada, tanto devido à não inclusão de processos térmicos associados a fugas e imperfeições na construção, como à omissão de processos que não se podem quantificar por falta de dados para tal.

No documento Estudo experimental do comportamento térmico de uma parede ventilada com um sistema PV integrado (páginas 62-67)