Fase de projecto

4.2.1.1 Configuração da célula de teste

Na fase de projecto da célula de teste começou-se por analisar os trabalhos de investigação que envolviam resultados experimentais em condições ambientais reais, para caracterizar o desempenho térmico de elementos construtivos, nomeadamente de sistemas passivos [136,

138-140]. Uma das referências nesta área diz respeito ao procedimento que caracteriza as células de teste PASSYS desenvolvido pelo PASLINK Network a partir do projecto europeu

Passys (Passive Solar Components and Systems Testing) [139, 141, 142]. Para este tipo de

célula foram definidas as suas características geométricas, nomeadamente ao nível da área e do volume do compartimento testado e as características construtivas dos elementos da envolvente. A fachada orientada a Sul inclui o elemento construtivo a analisar. No que respeita aos materiais, destaca-se a elevada espessura de isolamento com 30 cm colocada nos restantes elementos construtivos que não são alvo de análise, para garantir ao máximo a redução da transmissão térmica a partir desses elementos da envolvente. Para além destes elementos, a medição das diversas grandezas associadas ao clima exterior e à transferência de calor através do elemento construtivo em análise são asseguradas pela instrumentação da célula de teste [139, 141, 143, 144]. Apesar de as características deste tipo de células, terem servido de referência à célula de teste implementada para a realização do trabalho experimental, factores económicos não possibilitaram a sua execução tal como definido nas células PASSYS, tendo sido por isso necessário ajustar as suas características de tal forma que permitisse o desenvolvimento dos trabalhos. Assim, a célula de teste teve por base a utilização de um contentor de armazenamento construído em aço, cedido por uma empresa de construção, a partir do qual foi concebida a célula de teste.

A escolha do local de implantação da célula de teste resultou da compatibilização do espaço disponível no Campus da Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro com a exposição solar mais adequada à realização dos ensaios e com a facilidade de acesso rápido ao referido dispositivo no decorrer dos trabalhos. Esta foi portanto implantada de forma que a parede de Trombe pudesse ser construída orientada a Sul, sendo minimizados os efeitos de sombreamento por obstáculos exteriores. Na Figura 4.1 é possível observar a vista aérea do local de implantação da célula de teste.

Figura 4.1 - Local de implantação da célula de teste (Google Earth).

A escolha do contentor que serviu de base à construção da célula de teste permitiu obter 2

38 m3 de volume) [142], tendo este as dimensões aproximadas de 6 m x 2,4 m x 2,3 m, perfazendo uma área de cerca de 14 m2 e um volume aproximado de 32 m3. Estas dimensões correspondem à área e volume úteis da célula após a introdução de isolamento térmico nas diversas faces do contentor.

A colocação de isolamento térmico foi necessária para reduzir as perdas e os ganhos através da envolvente do contentor. Uma vez que não era comportável o custo associado à colocação de camadas de isolamento térmico com cerca de 30 cm em todos os elementos da sua envolvente tal como sugerido nas células PASSYS [142], a solução encontrada para resolver o problema passou pela determinação da espessura mínima de isolamento térmico para elementos horizontais e verticais exteriores, de acordo com os valores de referência do coeficiente de transmissão térmica definidos no Regulamento das Características do Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE) [36]. Para Vila Real, ou seja para a zona climática I3V2N, os valores de referência são de 0,50 W/m2ºC para elementos exteriores verticais (paredes) e de 0,40 W/m2ºC para elementos horizontais (pavimentos e coberturas).

Assim, os valores do coeficiente de transmissão térmica dos elementos construtivos foram calculados segundo a norma ISO 6946:1996 [124] e recorrendo à publicação ITE50 do Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC) [131] para a obtenção dos dados necessários à sua aplicação. Para as paredes exteriores, com excepção da fachada Sul, obteve-se o valor de 7 cm de espessura de poliestireno extrudido (XPS) e para a cobertura e o pavimento 9 cm. No sentido de uniformizar as espessuras de XPS a aplicar nas diferentes faces do contentor, optou-se por colocar placas de isolamento térmico de 4 cm de espessura, o que corresponde à aplicação de 8 cm nas paredes exteriores e de 12 cm na cobertura e no pavimento exteriores. Para estas espessuras de XPS, os valores dos coeficientes de transmissão térmica obtidos foram de 0,43 W/m2ºC para as paredes exteriores e de 0,30 W/m2ºC para a cobertura e para o pavimento. Na Figura 4.2 apresenta-se um desenho esquemático das características da célula de teste construída.

4.2.1.2 Caracterização da parede de Trombe

Na fase de projecto, foram definidas as características geométricas e construtivas da parede de Trombe a construir com base na revisão bibliográfica efectuada. De acordo com o estudo realizado por Martins [5] para uma parede de Trombe ventilada, o material da parede acumuladora que permite obter melhor desempenho para uma espessura de 34 cm é a alvenaria composta a 1 ½ vez, de tijolo cerâmico maciço, quando comparado com o granito e com o betão. Este estudo foi realizado para a zona climática I3V2N, para as estações de aquecimento e de arrefecimento com base na Norma ISO13790:2008 [6]. No sentido de dar continuidade aos estudos nesta área, optou-se por analisar uma parede de Trombe com as características acima referidas, no que respeita ao material e à espessura da parede acumuladora. A área da parede de Trombe corresponde à área da parede lateral orientada a Sul, com uma área exterior aproximada de 6 m2_{, valor este que se mostra compatível com a} área de parede de Trombe necessária por área de compartimento que serve referida na bibliografia estudada, tendo em conta a temperatura média da estação de aquecimento para a zona climática em estudo [5, 67].

No sentido de aumentar a capacidade de absorção da parede acumuladora [23, 24, 78, 79], foi prevista a pintura da sua superfície exterior com tinta preta, cujo coeficiente de absorção é de 0,8.

O sistema de ventilação é garantido pela introdução de quatro aberturas na base e de quatro aberturas no topo da parede acumuladora, tendo sido garantida a maior distância possível entre as aberturas inferiores e superiores para permitir o aumento do caudal de ventilação. Por outro lado, segundo os estudos apresentados no Capítulo 3, um maior número de aberturas com dimensões mais reduzidas é mais adequado do que apenas uma abertura no topo e na base com dimensões superiores, pois aumenta a transferência de calor por convecção [143]. No que respeita à área das aberturas relativamente à área da parede de Trombe e tendo em conta que os estudos realizados a este nível apresentam valores bastante díspares [8, 143], optou-se por garantir que a área das oito aberturas fosse aproximadamente 2% da área da parede de Trombe, tendo cada um dos orifícios cerca de 0,019 m2 de área, apesar de as aberturas inferiores após a construção, apresentarem uma área ligeiramente inferior, o que segundo a literatura até é desejável [94]. Para analisar a influência das aberturas na transferência de calor através deste sistema passivo, foram previstos tampos de fecho amovíveis para estas aberturas.

A espessura do espaço de ar entre a parede acumuladora e o envidraçado exterior é de cerca de 6 cm, enquadrando-se desta forma nos valores referidos no Capítulo 3, [8, 26], apesar de também relativamente a este parâmetro os resultados obtidos nos diversos estudos serem variáveis.

Quanto ao elemento exterior colector de radiação de solar, foi prevista a colocação de um vidro duplo incolor, de espessuras 5 mm + 12 mm + 5 mm, por forma a possibilitar o armazenamento de energia na caixa-de-ar e a evitar as perdas de calor do interior para o exterior, sempre que ocorra a inversão do fluxo de calor no sistema [65, 84-87, 109].

Neste trabalho não foi utilizado qualquer tipo de caixilharia, uma vez que a existência desta iria diminuir a área útil do envidraçado, o que por sua vez iria contribuir para a redução da capacidade de acumulação de calor na caixa-de-ar, influenciando assim a área necessária de parede de Trombe relativamente à área útil da célula de teste.

No sentido de analisar a influência dos sombreamentos no desempenho da parede de Trombe, foi prevista na fase de projecto a instalação de uma persiana exterior de cor branca, como elemento de obstrução à entrada de radiação solar durante os dias de Verão e da saída de calor para o exterior durante as noites de Inverno [5, 42, 43, 45, 47, 48, 70].

Na Figura 4.3 representa-se esquematicamente as características dimensionais e materiais da parede de Trombe em estudo, acima referidas.

Figura 4.3 - Desenho esquemático da parede de Trombe.