Sistemas de aquecimento a água com superfícies radiantes: simulação e verificação de parâmetros de projeto

Abstract

O conforto térmico que os edifícios proporcionam aos seus ocupantes é um aspeto de grande importância. Por essa razão, sempre houve grandes investimentos por parte de muitas empresas com o objetivo de encontrar materiais e sistemas que contribuíssem para o aumento do conforto térmico dos edifícios. O sistema de pavimento radiante é um dos exemplos de sistemas de aquecimento que surgiram nas últimas décadas. Por se tratar de um sistema recente, existem alguns aspetos que ainda não foram totalmente analisados. Este trabalho tem como objetivos fazer um estudo paramétrico e obter ábacos de apoio a projeto, com base em modelação com o Método dos Elementos Finitos, aplicado ao problema de condução de calor. É utilizada a modelação de um sistema de pavimento radiante, através do software Matlab. No estudo paramétrico, é analisada a influência que as espessuras e propriedades térmicas do revestimento do pavimento e da camada de betonilha, o diâmetro dos tubos e o espaçamento entre tubos têm na quantidade de calor que é transmitida através do pavimento. Numa segunda fase do trabalho são obtidos ábacos, que permitem determinar a temperatura de impulsão da água, de acordo com as necessidades térmicas dos espaços, para vários revestimentos de pavimento e vários espaçamentos entre tubos. Percebeu-se que, considerando individualmente os parâmetros estudados, a condutibilidade térmica do revestimento e o espaçamento entre tubos são os parâmetros que mais influenciam o comportamento térmico do sistema de pavimento radiante. E concluiu-se que a resistência térmica é o principal parâmetro a que se deve ter atenção no momento do dimensionamento. Este trabalho é enquadrado na Iniciativa Energia para a Sustentabilidade da Universidade de Coimbra e apoiado pelo projeto Energy and Mobility for Sustainable Regions - EMSURE (CENTRO-07-0224-FEDER-002004).

The thermal comfort that buildings provide to their inhabitants is extremely important. Therefore, there have always been great investments by many companies in order to find materials and systems that contribute to the increase in thermal comfort of buildings. The radiant floor heating system is one of the examples of these systems that have emerged in the last decades. Since this is a recent system there are some aspects that have not been fully analyzed. The aim of this paper is to make a parametric study and obtain abacus for project support, based on numerical modelling with the Finite Element Method applied to the problem of heat conduction. A modelling of a radiant floor heating system is used, trough Matlab software. The parametric study analyzes the influence that thickness and thermal properties of floor surface and screed layer, pipe diameter and the spacing between tubes have in the amount of heat that is transmitted through the floor. In the second stage of this study, abacus for determining the entry flow temperature of the water are obtained, according to the thermal requirements of each room, for various floor coverings and spacings between tubes. It was noticed that, considering the studied parameters individually, the thermal conductivity of the floor and the spacing between tubes are the parameters that most influence in the thermal behavior of the radiant floor heating system. However, it is concluded that the relationship between the thickness and thermal conductivity, in other words, the thermal resistance, is the main parameter that must be taken into account in the design stage. This work has been framed under the Initiative Energy for Sustainability of the University of Coimbra and supported by the Energy and Mobility for Sustainable Regions - EMSURE - Project (CENTRO-07-0224-FEDER-002004).