3. Análise da flutuação das temepraturas na parede de Trombe
3.3 Flutuação das temperaturas
3.3.3 Parede de Trombe não ventilada com sombreamento (PTNVS)
3.3.3.1 Condições climáticas interiores e exteriores
Nesta secção será apresentada o comportamento da parede de Trombe não ventilada para períodos consecutivos em que se alterou a abertura e o fecho do sistema de sombreamento. Considerou-se um período de 10 dias consecutivos de 8 de Outubro a 17 de Outubro de 2011. Durante os 10 dias houve uma alteração da configuração do sistema para PTNV das 16:45 do dia 10 de Outubro até às 14:10 do dia 11 de Outubro, das 12:30 do dia 14 de Outubro até às 8:55 do dia 15 de Outubro e das 12:05 às 15:55 do dia 17 de Outubro, estando esses períodos assinalados por um sombreado no Gráfico 11.
No Gráfico 11 estão representadas as curvas das temperaturas interior (Ti) e exterior (Te), da radiação solar (RS) e do diferencial entre a temperatura exterior e interior.
Gráfico 11 - Variação da radiação solar (RS) e das temperaturas interior (Ti) e exterior (Te) para a PTNVS (8 Out -17 Out de 2011).
P T N V P T N V P T N V
Numa análise generalizada ao Gráfico 11, observa-se que o facto da persiana exterior obstruir o envidraçado provoca um decréscimo no aumento da temperatura interior comparativamente às restantes configurações, PTV e PTNV, anteriormente analisadas. A incidência da radiação solar no dispositivo de sombreamento e não no envidraçado, faz com que a maior parte desta seja refletida para o exterior, minimizando a transferência de calor através do sistema. Neste caso, o dispositivo de sombreamento funciona como primeiro obstáculo à passagem de calor do exterior para o interior, o que se reflete nas temperaturas obtidas no interior da célula de teste. Apesar da obstrução da parede de Trombe, parte do aquecimento do sistema pode ser efetuado também através dos restantes elementos da envolvente da célula de teste. É no entanto, percetível que a persiana exterior tem uma ação importante na redução dos ganhos de energia, dado que, o período em análise permite relacionar duas configurações, PTNVS e PTNV. Nos períodos a sombreado é notório que a temperatura interior atinge valores superiores à temperatura exterior apenas quando a persiana não está acionada. Nos restantes dias, com a persiana exterior ativa e as aberturas de ventilação ativas, a temperatura no interior nunca ultrapassa a temperatura no exterior, mesmo tendo valores de radiação solar elevados, cerca de 600 W/m2, nos primeiros 5 dias de análise.
Relativamente ao arrefecimento da célula de teste e tendo em conta a curva da temperatura exterior, no período noturno, a diminuição da temperatura revela-se mais acentuada quando a persiana exterior se encontra aberta. Por exemplo, no dia 14 de Outubro, a persiana exterior esteve aberta permitindo um aquecimento interior do sistema com valores máximos de 36ºC, apenas com valores de radiação de 400 W/m2. Já durante o período noturno, os valores atingiram 18ºC. Comparando o dia 13 de Outubro com o dia 14 de Outubro, com radiação solar superior a 200 W/m2 e com temperatura exterior diurna e noturna muito idêntica à obtida no dia 14, o arrefecimento interior do sistema foi menor, verificando-se uma redução de 33%.Esta comparação permitiu corroborar que, quer em termos de redução de ganhos de calor durante o dia, quer em termos de redução de perdas de calor durante a noite, a persiana exterior é um elemento condicionante.
A curva do diferencial de temperaturas permite consolidar a análise anteriormente efetuada, uma vez que, durante o dia, o diferencial situa-se na zona negativa, o que resulta do facto da temperatura exterior ultrapassar os valores da temperatura no interior e, durante a noite, a concavidade inverte, apresentando valores positivos.
3.3.3.2 Condições climáticas interiores e exteriores
No Gráfico 12 são apresentadas as curvas de variação do diferencial de temperaturas obtidas para as diferentes camadas analisadas.
Gráfico 12 - Variação do diferencial de temperaturas obtidas nas diferentes camadas, para PTNVS (8 Out - 17 Out de 2011).
Efetuando uma análise global e não tendo em conta a ordem das camadas da parede de Trombe em estudo, existem 2 momentos em que os resultados não são os esperados, estando eles assinalados no Gráfico com círculos a preto. A explicação para a ocorrência das oscilações ocorridas na curva da (Tcam - Tsupe) e (Tsupe - Tip) foi a de abertura da persiana exterior e dos obturadores durante um pequeno período de tempo. Analisando esses períodos ao pormenor constatou-se que, no dia 9 de Outubro existiu um aumento da temperatura superficial da parede entre as 12:35 e as 13:10 e no dia 10 de Outubro entre as 12:30 e as 13:10. O aumento da temperatura superficial exterior da parede acumuladora e não o aumento da temperatura na caixa-de-ar nem no interior do compartimento, indica que existiu uma abertura do sistema, persiana exterior e obturadores, durante os cerca de 40 minutos, levando apenas ao aumento significativo da temperatura superficial da parede. Caso contrário, se não houvesse a abertura da persiana, a temperatura superficial não aumentaria e, se não houvesse abertura do sistema de ventilação, a temperatura na caixa-de-ar aumentaria de acordo com a análise efetuada nos pontos 3.3.1 e 3.3.2. -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 Duração (dias) Temp eratu ra ( ºC) Temp eratu ra ( ºC) Duração (horas)
Te - Tcam Tcam - Tsupe Tip - Tsupi Tsupi - Ti Tsupe - Tip
8/Out 9/Out 10/Out 11/Out 12/Out 13/Out 14/Out 15/Out 16/Out 17/Out P T N V P T N V P T N V
Analisando agora camada a camada, nos dias onde a persiana e o sistema de ventilação estiveram fechados, a curva do diferencial (Te - Tcam) mostra que durante o dia se consegue obter temperaturas exteriores superiores às temperaturas na caixa-de-ar e durante o período noturno a concavidade da curva inverte-se, tendo temperaturas de caixa-de-ar superiores em 6ºC às temperaturas exteriores.
As curvas (Tcam - Tsupe) e (Tsupe - Tip) têm um comportamento semelhante com a persiana fechada e aberturas de ventilação fechadas. Durante o dia, o diferencial entre o interior da parede e a temperatura na caixa-de-ar situa-se nos 6ºC e durante a noite em -6ºC. Quando existe uma abertura da persiana exterior, como no dia 14 de Outubro, as curvas têm desenvolvimentos opostos durante o dia.
As curvas (Tip - Tsupi) e (Tsupi - Ti), tal como as curvas (Tcam - Tsupe) e (Tsupe - Tip) apresentam um desenvolvimento semelhante, demonstrando que o diferencial é idêntico de camada para camada na parte interior do sistema, positivo durante o período noturno devido às perdas pela envolvente e ao lento arrefecimento da parede acumuladora, e positivo durante o dia.
De modo a relacionar a influência direta da radiação solar na temperatura da caixa-de-ar e no interior do compartimento selecionaram-se os dias 8, 12, 13 e 16 de Outubro, dias estes em que a persiana exterior e o sistema de ventilação se encontravam fechados. No Gráfico 13 estão representados os valores da radiação solar (RS), temperatura interior (Ti) e Temperatura caixa- de-ar (Tcam).
Gráfico 13 - Relação da radiação solar (RS) com a temperatura interior (Ti) e temperatura média na caixa-de-ar (Tcam) (8 Out, 12 Out, 13 Out e 16 de Out de 2011).
15 20 25 30 35 0 100 200 300 400 500 600 700 Temp eratu ra ( ºC) R.S (W/m2) Ti Tcam
Naturalmente, a correlação entre a radiação solar e as temperaturas na caixa-de-ar e no interior não é tão fácil de analisar comparando com as correlações apresentadas nos gráficos Gráficos 3 e 10, dada a alternância de funcionamento do sistema e a influência do dispositivo de sombreamento.Assim sendo, os valores obtidos apresentam alguma dispersão, no entanto, servem para demonstrar que de facto a restante envolvente permite a passagem de calor para o interior da célula de teste, contribuindo para que o aquecimento do sistema aconteça até mesmo quando existe um decréscimo da radiação solar.
Concluindo a análise efetuada neste período observou-se que o fecho da persiana exterior tem um impacto imediato e significativo pois impede a incidência da radiação solar no envidraçado e consequentemente a criação do efeito de estufa e o aquecimento da parede de Trombe instalada na célula de teste.Durante o período de arrefecimento (Verão), esta medida é uma necessidade para eliminar os períodos de sobreaquecimento. Na época de aquecimento (Inverno), a ativação da persiana exterior funcionará como medida de contenção de energia durante a noite, impedindo uma rápida descida das temperaturas interiores obtidas durante o período diurno através da libertação de calor gradual ocorrida no sistema.
3.4 Considerações finais
A parede de Trombe simplesmente ventilada pode ser configurada de vários modos para obter o conforto ideal no interior do compartimento na qual ela esteja inserida. Através das análises efetuadas neste Capítulo concluiu-se que para a estação de aquecimento (Inverno) a persiana exterior deveria abrir quando a radiação solar ultrapassar valores de 100 W/m2 e o fecho da persiana programado para 50 W/m2. Os obturadores e a persiana exterior existentes na parede acumuladora poderiam ser acionados, quer pela radiação solar, quer pela temperatura na caixa-de-ar ou pela temperatura no interior do compartimento, sendo o objetivo obter, pelo menos, 18ºC no interior do compartimento na época de Inverno, temperatura de conforto definida na lei Portuguesa.
Na época de arrefecimento, o comportamento da parede de Trombe é totalmente diferente do comportamento no Inverno. Uma vez que este sistema de aquecimento passivo foi construído para locais geográficos de climas com temperaturas amenas e de utilização periódica, no Verão o seu contributo não é positivo uma vez que o sistema não comporta arrefecimentos significativos. Tendo isto em conta, a melhor configuração do sistema será o
do sistema durante a noite para dissipar a energia absorvida pelas envolventes do sistema durante o período diurno de modo a conseguir uma temperatura interior de 25ºC.
O comportamento da parede de Trombe devido às várias configurações do sistema de sombreamento e ventilação permitiu compreender que a definição dos parâmetros ideais para o controlo automático do sistema será fundamental para a otimização do aproveitamento da parede de Trombe.