Parede de Trombe duplamente ventilada

Gan [19] estudou uma parede de Trombe para o arrefecimento dos edifícios no Verão, onde as taxas de ventilação resultantes do arrefecimento natural foram previstas usando a técnica CFD (dinâmica computacional de fluídos). Foi também analisada a altura da parede, o tipo de envidraçado, os efeitos da distância entre a parede e o envidraçado (caixa-de-ar). Na figura 2.12 pode-se visualizar um desenho esquemático da parede de Trombe para o aquecimento e arrefecimento.

Figura 2.12 - Desenho esquemático da parede de Trombe para: a) o aquecimento no Inverno; b) o

arrefecimento de Verão (adaptada de [19])

Os resultados obtidos usando a técnica CFD encontram-se em concordância com a previsão efetuada e a medição que foi alcançada. A taxa de ventilação prevista aumentou com a temperatura da parede e o ganho de calor. Mostrou-se que, a fim de maximizar a taxa de ventilação, a superfície interior de uma parede de Trombe deve ser protegida com isolamento para um arrefecimento no Verão. Isso também evita o sobreaquecimento indesejável do ar interior devido à convecção e radiação de transferência de calor da parede.

Quando uma parede de Trombe é utilizada para o arrefecimento de Verão, a taxa de ventilação induzida pelo efeito de flutuação aumenta com a temperatura da parede, com o ganho de calor solar, com a altura da parede e com a espessura.

Desde que as dimensões das aberturas de ventilação aumentem com a largura da caixa-de-ar, a taxa de ventilação também aumenta com a distância entre a parede e o envidraçado. O uso de vidros duplos em vez de vidros simples num sistema de parede de Trombe não só reduz as perdas de calor no Inverno mas também melhora o arrefecimento no Verão.

Jie et al. [10] apresentaram um estudo da parede de Trombe PV com ventilador. Este sistema como mostrado na figura 2.13, é composto por um painel fotovoltaico de vidro, uma parede pintada de preto e uma caixa-de-ar. Existem duas aberturas de ventilação para aquecimento no Inverno e duas aberturas de ventilação para o arrefecimento de verão.

Figura 2.13 - Diagrama esquemático da parede Trombe PV com ventilador para aquecimento no inverno

(adaptada de [10])

Com o objetivo de validar o modelo teórico realizaram-se várias experiências a fim de investigar o desempenho deste sistema, tais como a geração de energia elétrica e o aumento da temperatura interior. Para testar o desempenho deste sistema, usou-se uma célula de teste com dois compartimentos (figura 2.13). O quarto da esquerda é conhecido como o quarto PV, e o da direita é a célula de referência, para a comparação do desempenho. A parede orientada a sul do quarto PV é constituída por uma parede de Trombe que contém duas aberturas de ventilação localizadas no topo e na base do envidraçado da parede.

Figura 2.14 - Parede de Trombe PV [10]

Os dados recolhidos dizem respeito a 4 meses, de Dezembro de 2005 a Março de 2006, em Hefei na China [10]. O desempenho do sistema PV foi monitorizado e registado durante todo o dia em intervalos de 5 minutos. O trabalho experimental testou o desempenho do sistema PV em dois casos diferentes: com e sem ventilador. Ambas as aberturas de ventilação foram abertas periodicamente entre as 9h00 e as 17h00, e o ventilador foi ligado às 9:00 e desligado às 17:00.

Os resultados simulados e experimentais encontraram-se em concordância. A média experimental da eficiência elétrica do PV com ventilador pode chegar a 10-11%, devido ao envidraçado. Além disso, os resultados experimentais para PV com ventilador mostram que a temperatura média (durante as 7:00-17:00) das células fotovoltaicas reduz em 1,28 ºC e a média da temperatura interior aumenta em 0,50 ºC, quando comparado com a situação onde não é utilizado o ventilador.

No entanto, algumas partes do modelo são muito simplificadas para corresponder aos resultados dos testes, e portanto será necessário um modelo melhorado e uma nova forma de solução. Há também, problemas com a velocidade ideal do ventilador e com o consumo de energia do mesmo, que carece de mais pesquisas.

Chel et al. [20] investigaram a conservação de energia, a redução das emissões de CO2 e a economia de adaptação para um edifício de armazenamento de mel com a

aplicação de uma parede de Trombe para o aquecimento no Inverno. Foi estimado o potencial de aquecimento passivo da parede de Trombe para um edifício de armazenamento de mel utilizando um software de simulação de construção TRNSYS. Este edifício de armazenamento de mel está localizado em Gwalior, na Índia.

Nos meses da estação de aquecimento, as temperaturas exteriores são inferiores às aconselháveis para o armazenamento de mel (18-27ºC). Como tal foi instalada uma parede de Trombe, integrada com módulos fotovoltaicos, pintada de preto com acabamento mate (figura 2.15).

Figura 2.15 - Parede de Trombe PV para (a) aquecimento no inverno e (b) o arrefecimento de verão

(adaptada de [20])

Concluiu-se que a integração de uma parede de Trombe duplamente ventilada para o armazenamento de mel é importante para aquecer naturalmente a construção nos meses de Inverno. Durante o Inverno, as duas aberturas da parede de Trombe são

mantidas abertas durante o dia e fechadas durante a noite. Além disso, durante a noite as aberturas são cobertas com isolamento móvel. Durante o Verão, para evitar o aumento do calor através da parede de Trombe é necessário sombrear completamente a parede acumuladora com o isolamento móvel.

A análise de erro estatística mostrou uma boa concordância entre o modelo e os resultados experimentais. Com esta investigação conclui-se que existe um potencial de conservação de energia até 3312 kWh/ano e redução das emissões de CO2 associadas (≈

33 toneladas/ano), utilizando uma parede de Trombe. Além disso, a adaptação do edifício é economicamente viável, pois o período de retorno é apenas de 7 meses.

Stazi et al. [11], apresentaram um estudo experimental sobre o comportamento térmico das paredes de Trombe no Verão, sob condições de clima mediterrânico, através da mudança de sombreamento, ventilação e condições climáticas exteriores. A monitoração em simultâneo de duas paredes de Trombe tornou possível a comparação do comportamento térmico, variando o sombreamento e a ventilação. Além disso, foi realizada uma monitorização das condições internas de conforto térmico e de simulação de energia usando um modelo em estado dinâmico.

O caso de estudo foi efetuado a um edifício residencial em Ancona, centro da Itália, e foi construído em 1983 como um protótipo para testar vários sistemas solares passivos. O protótipo inclui nove apartamentos em três andares, cada um equipado com um sistema de energia solar passiva diferente na fachada voltada a sul. A casa tem uma forma compacta e está orientada ao longo do eixo Este-Oeste, a fim de maximizar o fornecimento de energia solar.

Os resultados mostraram que o sombreamento, a ventilação e as condições de ocupação afetaram significativamente os parâmetros térmicos da parede de Trombe no Verão. O sombreamento com persianas origina uma diminuição na temperatura da superfície interna da parede de 1,4 ºC e uma diminuição no ganho de calor, por dia, de cerca de 0,5 MJ/m2. O uso combinado de saliências, estores e ventilação cruzada na parede de Trombe pode assegurar um nível de conforto térmico satisfatório no Verão e uma redução da energia de arrefecimento, respetivamente de 72,9% e 63,0% para a habitação de reduzido ou elevado isolamento na envolvente do edifício, em comparação com o caso de uma parede de Trombe sem ventilação e/ou sem proteções solares. A velocidade do ar no interior das aberturas de ventilação é influenciada pela velocidade do ar e pela temperatura na caixa-de-ar. A velocidade do ar na caixa-de-ar é baixa,

especialmente no caso onde a parede de Trombe está protegida por persianas. A análise das paredes de Trombe, em condições de utilização reais, mostrou que a presença dos ocupantes da casa determina um aumento da temperatura do ar ambiente, mas também um aumento nas taxas de ventilação devido à abertura da janela. Em tais condições, o fluxo de calor a partir da parede para o ambiente é baixo embora a velocidade do ar nas aberturas de ventilação seja mais elevada. A análise do conforto térmico para um período caracterizado por condições severas de Verão apresentou um nível de conforto satisfatório para a casa. A simulação de energia em estado dinâmico mostrou que: o uso de saliências e persianas é mais eficaz do que a ventilação cruzada e assim poupa-se energia para o arrefecimento de uma habitação com paredes de Trombe; um melhor nível de isolamento da envolvente do edifício determina a diminuição da eficiência de proteção solar e o aumento da eficiência para a ventilação da parede de Trombe; o melhor desempenho energético foi obtido combinando saliências, estores e ventilação cruzada, com uma redução na necessidade de energia para arrefecimento até -72,9% em comparação com o caso de uma parede de Trombe não ventilada e sem proteções solares.