Home

Estudo do desempenho térmico de um piso radiante

1. Diferen a de Temperatura DT 80 Tempo min Sem Cobertura PF 7 1 PF 7 3 O PF 14 3 PC 7 4 Gr fico 4 7 Curvas de funcionamento diferen a de Temperatura Tempo com o banho t rmico a uma temperatura de 40 C Analisando o grafico 4 7 observa se que a DT esta estavel para todos os piso a partir de 150 minutos Existe uma rela o inversa entre a resist ncia t rmica de cada piso e os resultados finais da DT Quanto menor a resist ncia t rmica do revestimento maior a DT Tamb nao varia ao longo do tempo 60 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie Temperatura imposta no banho t rmico de 40 C 35 0 34 0 33 0 32 0 31 0 30 0 29 0 28 0 27 0 26 0 25 0 24 0 23 0 22 0 21 0 20 0 19 0 Temperatura Superficial Tsup C 0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 Tempo min Sem Cobertura PF 7 1 lt PF 7 3 O PF 14 3 lt PC 7 4 Grafico 4 8 Curvas de funcionamento Temperatura Superficial Tempo com o banho t rmico a uma temperatura de 40 C Verifica se que com o aumento da temperatura do banho t rmico a curvatura do PC 7 4 tem se aproximado da curvatura do provete sem cobertura De igual modo os revestimentos com piso flutuante atingem Tsup semelhantes entre eles Com este banho a Tsup dos revestimentos em estudo estabiliza aos 135
2. DT C 0 2 0 4 1 0 1 5 1 7 1 9 2 1 2 2 2 2 2 4 2 4 2 5 2 4 Entrada 19 8 24 8 24 7 24 8 24 8 24 7 24 8 24 8 24 8 24 7 24 7 24 7 24 7 Flutuante de 14 mm e feltro de polietileno de 3 mm Tamb 22 7 C Tsup 21 2 21 6 22 07 22 6 228 234 23 4 23 5 236 2270 237 Ra 286 C DT C 1 5 1 1 0 7 0 1 0 1 0 4 0 7 0 8 0 9 1 0 1 0 1 0 0 9 Entrada 19 9 24 7 24 7 24 7 24 8 24 7 24 9 24 8 24 8 24 8 24 8 24 8 24 8 Cer mica Tamb 23 9 C Tsup 21 2 21 8 22 6 23 2 23 6 23 8 24 0 24 2 24 4 24 4 24 5 24 5 24 5 C DT C 2 7 2 1 1 3 0 7 0 3 0 1 0 1 0 3 0 5 0 5 0 6 0 6 0 6 Entrada 19 9 24 8 24 7 24 7 24 7 24 8 24 8 24 8 24 7 24 8 24 8 24 9 24 9 Em suma verifica se que a Tamb influ ncia o desempenho do revestimento superficial com uma Tam Superior temperatura inicial do provete verificou se uma maior temperatura superficial final Para os casos em que a Tam est mais pr xima da temperatura inicial do piso os resultados seguem o esperado comparando com as diferentes resist ncias t rmicas 53 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie 4 1 2 Ensaios a 30 C Temperatura imposta no banho t rmico de 30 C Q Diferen a de
3. polietileno reticulado PEX devido ao seu custo a sua n o reac o com a argamassa e durabilidade Outro material utilizado s o tubos de copol mero de polipropileno com uma grande vantagem do seu custo O pre o do cobre tem refor ado o uso de materiais alternativos tais como os referidos anteriormente PEX e copol mero de polipropileno O PEX est dispon vel em v rias formula es que possuem diferentes caracter sticas de rigidez flexibilidade toler ncia de temperatura press o de for a estabilidade qu mica resist ncia e efici ncia de transfer ncia de calor Embora o PEX figura 2 17 tenha varia es de diferentes marcas existe uma 25 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie caracter stica comum que a de oferecerem um desempenho fi vel e de longa dura o Watson e Chpman 2002 pe Adesivo Wik AL Adesivo j y i A J PEX SE Figura 2 17 Tubo de PE X com multi camada Standard hidr ulica S A U 2010 O tubo ilustrado na figura 2 17 um tubo de multi camada com uma estrutura formada por tr s capas sobrepostas uma camada interna de polietileno reticulado PE X uma camada interm dia de alum nio e uma camada exterior de polietileno Este tubo apresenta m ltiplas vantagens porque tem uma menor dilata o imperme vel ao oxig nio n o corrosivo pelo exterior e pelo interior flex vel e adapt vel
4. Sem Cobertura PF 7 1 PF 7 3 O PF 14 3 sims PC 7 4 Gr fico 4 5 Curvas de funcionamento diferen a de Temperatura Tempo com o banho t rmico a uma temperatura de 35 C No grafico 4 5 observa se que no in cio dos ensaios a Tam encontrou se pr xima da Tsup para todos os pisos A maior varia o de DT corresponde ao provete sem cobertura com um aumento de 10 2 C pelo contr rio o PF 14 3 apresenta a menor varia o 6 2 C Tal facto vai ao encontro da compara o com a resist ncia t rmica dos diferentes revestimentos 57 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie Temperatura imposta no banho t rmico de 35 C 32 0 31 0 30 0 29 0 28 0 27 0 26 0 25 0 24 0 23 0 22 0 21 0 20 0 BS 19 0 Temperatura Superficial Tsup C oO _ ul Ww oO A ul 60 75 90 105 120 135 150 165 180 Tempo min Sem Cobertura PF 7 1 PF 7 3 O PF 14 3 PC 7 4 Grafico 4 6 Curvas de funcionamento Temperatura superficial Tempo com o banho t rmico a uma temperatura de 35 C Atrav s do grafico 4 6 verifica se que a Tsp nos revestimentos estabiliza a partir de 135 minutos A Tsup mais elevada corresponde ao revestimento PC 7 4 Este revestimento apresenta o melhor desempenho mas para uso dom stico esta solu o supera o valor m ximo admitido para o conforto t rmico no per odo de 45 a 60 minutos Esta so
5. RA a EA UNIVERSIDADE DA BEIRA INTERIOR Engenharia Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidr ulico com diferentes acabamentos na superf cie Ant nio Filipe Gon alves Teixeira Disserta o para obten o do Grau de Mestre em Engenharia Mec nica Energia Aplicada 2 ciclo de estudos Orientador Prof Doutor Pedro Nuno Dinho Pinto da Silva DEM UBI Co orientador Prof Doutor Miguel Costa Santos Nepomuceno DECA UBI Covilh Outubro de 2010 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie Agradecimentos Um agradecimento para o meu orientador o Prof Doutor Pedro Nuno Silva e ao meu Co orientador o Prof Doutor Miguel Nepomuceno pela acredita o e possibilidade concedida de realiza o deste trabalho e ainda apoio dedica o e principalmente entusiasmo prestado Agradecer ao t cnico Sr Jo o Correia do Departamento de Engenharia Electromec nica Universidade da Beira Interior pela disponibilidade e ajuda cedida Por fim agradecer aos meus pais aos meus irm os e aos meus amigos em especial ao meu amigo Rui Ribeiro Agradecer ainda minha namorada Eng S nia Rodrigues e a toda a sua fam lia que me ajudou nos momentos mais cr ticos sempre dispon veis como uma grande fonte de energia A todas as pessoas indirecta
6. DIMENS ES a RESIST NCIA CONDUTIBILIDADE RESIST NCIA REAC O EN13169 Correm ita mm o SIM N O T RMICA T RMICA COMPRESS O FOGO EN C DIGO DE DESIGNA O mz KM W mK kPa EUROCLASSE WL 50 8 1 40 ES MF ge JM 2600 x 600 SIM to 0 035 gt 200 E lt 2 XPS EN 13164 T1 CS 10 Y 200 DS TH WL 60 WL 70 6 2 00 WL 80 5 2 25 RF 30 14 0 80 RF 40 10 1 10 RF 50 8 1 35 ro ES EL EE 1250x600 SIM es 0 036 gt 300 E lt 2 XPS EN 13164 T1 CS 10 Y 300 DS TH RF 60 7 5 6 1 90 5 2 10 10 3 ES jh 1250x600 z SIM 0 036 gt 300 E lt 2 XPS EN 13164 T1 CS 10 Y 300 DS TH 7 6 5 Segundo a norma EN 13164 produto com a espessura nao uniforme a respectiva resist ncia t rmica nao declarada 32 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie 3 2 1 2 Ramal de tubo e termopares 3 2 1 1 Requisitos funcionais O tubo tem de apresentar flexibilidade suficiente para curvar sem apresentar estrangulamentos da passagem do fluido ter uma durabilidade suficiente para o tempo de realiza o da experi ncia e ter um custo reduzido Os termopares t m de ser indicados para fazer leituras da temperatura superficiais e internas garantindo a leitura da temperatura para casos de aumento ou diminui o brusca de temperatura Observando as tabelas dos limites para os principais tipos de termopares como indic
7. Tamb 21 8 C Tsup C 20 9 21 6 23 2 24 7 25 8 26 7 27 3 27 8 28 0 28 0 28 2 28 3 28 4 DT C 0 9 0 2 1 4 2 9 4 0 4 9 5 5 6 0 6 2 6 2 6 4 6 5 6 6 Entrada 19 8 39 5 39 4 39 6 39 7 39 7 39 6 39 6 39 6 39 6 39 7 39 6 39 7 Cer mica Tamb 23 5 C Tsup C 24 5 26 4 28 6 30 3 31 6 32 3 32 7 33 0 33 3 33 4 33 5 33 6 33 6 DT C 1 0 2 9 5 1 6 8 81 88 9 2 9 5 9 8 9 9 10 0 10 1 10 1 Entrada 24 7 39 6 39 6 39 6 39 6 39 6 39 6 39 6 39 5 39 6 39 6 39 5 39 5 Em suma para temperaturas do banho t rmico mais elevadas a distancia entre a temperatura do banho e a Tsup final aumenta existe uma maior dissipa o de calor para o ar ambiente A espessura do feltro tem vindo a perder relev ncia tal como o tipo de material e espessura do revestimento flutuante visto os casos em estudo apresentarem resultados equipar veis 62 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie 4 1 5 Ensaios a 45 C Temperatura Imposta no banho t rmico de 45 C 17 0 16 0 15 0 14 0 13 0 12 0 11 0 10 0 9 0 z 8 0 A e 7 0 6 0 5 0 40 Y 3 0 2 0 2 A 1 0 4 60 90 0 0 0 6 80 2 0 Diferen a de Temperatura DT
8. com um term stato que regula a temperatura ambiente atrav s da circula o de um fluido termodin mico O aquecimento deste pode ser feito atrav s de uma caldeira gas electricidade ou energia solar Piso Radiante 2010 Este sistema de aquecimento confort vel e o que mais se achega ao aquecimento fisiologicamente ideal Pois o piso radiante o que se aproxima ao perfil de temperatura ideal do corpo dado que a temperatura perto do ch o ligeiramente superior altura da cabe a A pessoa sente se mais confort vel quando a temperatura dos p s ligeiramente superior temperatura da cabe a traduzindo se num maior conforto e sensa o de bem estar Este resultado adquire se com o piso radiante com temperaturas inferior a 28 C Piso Radiante 2010 Depois de instalado o sistema tem obrigatoriamente que ter manuten o devido degrada o do material ou melhoramentos que possam ser poss veis de ser feitos no futuro Desta forma a instala o do piso radiante parte do princ pio que a canaliza o fica embutida na laje No caso de haver vazamentos roturas entre outros necess rio verificar toda a instala o que n o de f cil acesso 2 3 6 Piso radiante el ctrico vs hidr ulico A RPA Radiant Panel Association 2010 alega que os pain is el ctricos com a electricidade como fonte de calor s o bastantes simples de instalar e com um custo menor do que o piso 28 Estudo do desempenho t rmic
9. eceseee cece eee eee neon neon IERIE OAA eens eens RAS 33 Tabela 3 3 Caracter sticas t cnicas do tubo Cristalflex Heliflex 2009 cceceeeeeeeees 34 Tabela 4 1 Resultados experimentais para a temperatura de refer ncia de 25 C 53 Tabela 4 2 Resultados experimentais para a temperatura de refer ncia de 30 C 56 Tabela 4 3 Resultados experimentais para a temperatura de refer ncia de 350C 59 Tabela 4 4 Resultados experimentais para a temperatura de refer ncia de 40 C 62 Tabela 4 5 Resultados experimentais para a temperatura de refer ncia de 45C 65 xvii Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie xviii Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie Lista de Graficos Grafico 4 1 Curvas de funcionamento diferenca de Temperatura Tempo com o banho t rmico uma temperatura de 25 C2 coc si cet ame sa Retna sass habs RENAS DE a be eee dos RESTA da da a ss 51 Gr fico 4 2 Curvas de funcionamento Temperatura superficial Tempo com o banho t rmico a uma temperatira de 25C uses susana paineis IAES ENTERALNA da ses nal ESNEA 52 Gr fico 4 3 Curvas de funcionamento diferen a de Temperatura Tempo com o banho t rmico uma temperatura de 30C cus ir essa ires overseas fones due canos quavasa cisne Teasers 54 Gr fico 4 4 Curvas
10. es foram esmagados pressionando se ligeiramente as pe as cer micas e percutindo as com leves pancadas de um martelo de borracha formando assim uma camada uniforme e garantindo o contacto pleno do cimento cola com o verso da pe a cer mica A largura de junta pode ser garantida com o recurso a espa adores pl sticos Contudo neste caso considerou se dispens vel a sua utiliza o dada a reduzida dimens o da rea a ladrilhar A espessura final da camada de cimento cola foi de cerca de 4 mm e a largura das juntas de assentamento situou se pr ximo dos 3 mm Por op o as juntas de assentamento n o foram seladas por se considerar pouco relevante para o objectivo do trabalho O aspecto final do piso cer mico pode ser observado na Figura 3 19 No final colocou se os termopares tipo T correspondentes zona correspondente Figura 3 19 Processo de aplica o da cer mica no provete 46 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie 3 5 3 Revestimento de piso cer mico de 7 mm de espessura assente sobre subcamada de cimento cola com espessura m dia de 4 mm Revestimento de piso cer mico constitu do por ladrilhos cer micos com massa vol mica aparente seca de aproximadamente 2300 kg m coeficiente de condutibilidade t rmica estimado em 1 3 W m C e espessura m dia de 7 mm assente com cimento cola de massa vol mica aparente seca entre 160
11. seguidamente foi aumentada a espessura do bet o para 10 cm com o bet o de 50 mm fez se variar o revestimento superficial como alcatifa parcial no centro alcatifa em toda a rea e para o piso de madeira Depois destes 5 tipos foi estudado o caso do bet o especial gypcret com o revestimento superficial de madeira Segundo Athienitis e Chen 2000 a radia o solar pode causar diferen as de temperatura locais que podem chegar a 15 C dependendo do revestimento superficial do piso Este valor alcan ado para o caso em que o bet o coberto por alcatifa parcial ao centro Isto demonstra a import ncia do estudo dos revestimentos superficiais que o piso possa ter posteriormente como o caso de tapetes m veis ou objectos que possam acumular termicamente a energia solar em s tios pontuais da instala o No caso em que o Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie revestimento superficial uniforme a diferen a m xima obtida foi de 8 C A poupan a energ tica mais baixa foi obtida para o caso da alcatifa que cobria toda a rea do bet o impedindo a acumula o da energia solar por parte da massa t rmica Os restantes casos t m poupan as de energia muito parecidas Em resumo tanto o revestimento superficial do soalho como a radia o solar afectam significativamente a distribui o de temperatura no piso bem como a temperatura do ar ambiente Estes ef
12. superficie 1 Introducao 1 1 Perspectiva Geral Desde os tempos mais remotos que os sistemas de piso radiante tem vindo a ser desenvolvidos por oferecerem vantagens sobre outros tipos de aquecimento Este tipo de sistema prefer vel para a fisiologia humana em espa os de grandes dimens es tais como gin sios locais de culto etc Segundo Bozkir e Canbazoglu 2004 isto deve se ao facto do gradiente de temperatura vertical ser negativo Sattari e Farhanieh 2006 defendem que a utiliza o do piso radiante para aquecimento como meio de atingir o conforto t rmico dos ocupantes tem vindo a aumentar O sistema pode usar cabos el ctricos ou tubos de gua incorporados no bet o Com o piso radiante a temperatura de uma sala pode ser mais confort vel visto o fluxo do ar resultante da transfer ncia de calor ser por convec o natural em que a sua velocidade menor que 0 1 m s Apresenta ainda uma distribui o de temperatura mais homog nea do que nos restantes sistemas de aquecimento Mesmo em dias frios quando a temperatura desce subitamente este sistema de aquecimento o menos afectado devido ao facto do calor ser acumulado no ch o que proporciona alguma in rcia t rmica Bozkir e Canbazoglu 2004 Materiais de armazenamento t rmico tais como concreto ou gypcrete gesso mistura de concreto s o frequentemente utilizados para sistemas de gua quente ou pain is de aquecimento el ctrico Segundo Athien
13. 3B 3C Figura 3 9 Provete com a argamassa j seca 3 2 1 3 6 Camada de base em argamassa bastarda de cimento cal hidr ulica e areia A camada de base que envolve a tubagem de transporte do fluido do piso radiante tem uma espessura m dia de 2 4 cm e constitu da por uma argamassa bastarda de cimento CEM II B L32 5N cal hidr ulica NHL 5 e areia natural rolada do rio ao tra o de 1 0 5 3 em volume aparente e para materiais secos refor ada com fibras t xteis na dosagem de 3 kg m para controlo da retrac o pl stica e raz o gua cimento de 0 35 em massa Esta argamassa possui uma massa vol mica aparente seca superior a 2000 kg m e um coeficiente de condutibilidade t rmica estimado em 1 8 W m C Considerando que a camada acima da tubagem possui uma espessura m dia de 1 3 cm a resist ncia t rmica dessa camada estimada em R 0 013 1 8 0 007 m C W 3 3 Procedimentos para conectar o provete ao banho t rmico Assim que o provete se encontrou pronto para ser utilizado foi necess rio realizar os testes de fluxo hidr ulico e testar os termopares que ficaram embebidos na argamassa 40 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie 3 3 1 Procedimentos para a conex o do provete ao banho t rmico O tubo de entrada no provete foi conectado sa da de gua no banho t rmico enquanto o tubo de sa da do provete foi conectado entrada de
14. 8 29 8 29 8 29 8 Flutuante de 14 mm e feltro de polietileno de 3 mm Tamb 22 3 C Tsup 21 0 21 2 22 1 23 0 23 6 24 1 24 4 24 6 24 8 24 8 25 0 25 1 25 1 C DT C 1 3 1 1 0 2 0 7 1 3 1 8 2 1 2 3 2 5 2 5 2 7 2 8 2 8 Entrada 19 9 29 5 29 6 29 6 29 7 29 7 29 7 29 7 29 8 29 7 29 7 29 8 29 7 Cer mica Tamb 25 C Tsup 24 7 25 4 26 1 26 8 27 3 27 7 27 8 27 9 28 1 28 2 28 2 28 2 C DT C 0 3 0 4 1 1 1 8 2 3 2 7 2 8 2 9 3 1 3 2 3 2 3 2 Entrada 24 8 29 7 29 7 29 8 29 8 29 7 29 8 29 9 29 8 29 8 29 7 29 8 Em suma como verificado nos ensaios a 25 C o PC 7 4 apresenta o melhor desempenho Tamb m nestes ensaios a 30 C se verificou a import ncia da Tamb O revestimento PC 7 4 que possui uma resist ncia t rmica superior ao provete sem cobertura consegue atingir uma Tsup mais elevada no entanto este apenas eleva a temperatura 3 5 C enquanto o provete sem cobertura eleva a temperatura 7 C 56 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie 4 1 3 Ensaios a 35 C Temperatura imposta no banho t rmico de 35 C 11 0 10 0 9 0 8 0 7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 1 0 0 0 3 os 45 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 2 0 Diferen a de Temperatura DT Tempo min
15. Bozkir e Canbazoglu 2004 verificaram que um piso radiante a ar quente tem menor efici ncia de aquecimento do que piso radiante hidr ulico mas confere uma alternativa para o caso de vir a constituir um reaproveitamento de uma determinada fonte de ar quente j existente nas instala es Este sistema tem um desempenho satisfat rio para climas amenos e para casas com um bom isolamento t rmico Embora com menos capacidade de aquecimento que nos restantes sistemas de piso radiante tem os mesmos benef cios com maior qualidade no aquecimento e mais conforto do que o sistema de aquecimento de ar directo Tamb m a distribui o do calor nestes sistemas geralmente uniforme e consistente em toda a sala n o existindo nem pontos quentes nem pontos frios Por outro lado a rea efectiva de transfer ncia de calor para pisos com ar quente maior comparativamente com o piso hidr ulico pois o ar quente passa entre a rede de tubula o em forma de condutas debaixo do soalho O material a usar deve ser preferencialmente m rmore ou cer mica devido ao facto do seu coeficiente de condu o de calor ser mais elevado 23 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie AIR SUPPLY PLENUM MANUAL VOLUME AIR FLOOR TYPE CONTROL DAMPERS DISTRIBUTION SYSTEM WARM AIR DUCT INSULATION DAMPER OPERATOR CEILING SPACE TO BE UTILIZED FOR RETURN AIR COLD AIR DUC
16. Tamb 21 C ro x fer ef es er per pe par per per pa po Flutuante de 7 mm e feltro de deito de 1 mm Tamb 19 6 C ro ur or er fer fez er ur or per br per pe poe Flutuante de 7 mm e feltro de entao de 3 mm Tamb 20 7 C CASS lll Es ef fe ft efecto teto Flutuante de 14 mm e feltro de tesao de 3 mm Tamb 21 5 C res par tax fue fue 57 Jos fre fre fue fez Jos fas jur ELA et GO el E Cer mica Tamb 23 7 C res ur us se foz om fue fico paz papa e ema nr ras ae as as a fs we as me ss ar Em suma tal como verificado nos casos anteriores o PC 7 4 o revestimento com o qual se obt m melhores resultados Com o aumento da temperatura do banho t rmico verifica se uma maior dissipa o de energia o que pode ser explicado pelo aumento da DT 65 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie 4 2 Comentarios adicionais Durante a realiza o dos ensaios observaram se os seguintes aspectos O banho t rmico tem uma fonte de ar quente que pode influenciar a temperatura superficial O provete apresenta um aumento da temperatura da periferia para o centro A temperatura na superf cie para as zonas A e C sente se mais elevada simplesmente ao toque que na zona B Isto deve se configura o do ramal utilizada A zona central tem mais espa o sem tubagem pela necessidade de inverter o sentido As temperaturas internas e superficiais no
17. convec o depende de simultaneamente existir transfer ncia de energia atribu da ao movimento molecular ou seja modo condutivo e transfer ncia de energia atrav s do movimento de parcelas do fluido constitu das por um grande n mero de mol culas que se movem por ac o de uma for a externa como o exemplo da diferen a de press o provocada por uma ventoinha ou um gradiente de densidade como na convec o natural Kreith e Bohn 2003 A taxa de transfer ncia de calor por convec o entre uma superf cie e um fluido pode ser calculada atrav s da rela o h A 2 2 e q Taxa de transfer ncias da calor por convec o W ou BTU h e A rea de transfer ncia de calor m ou ft e AT Diferen a entre a temperatura da superficie T e a temperatura do fluido T em algum local especificado longe da superf cie K ou O F e h Coeficiente m dio de transfer ncia de calor por convec o sobre a area W m K ou BTU h ft O F 2 1 3 Radia o t rmica Segundo Incropera e DeWitt 1998 a transfer ncia de calor por radia o t rmica n o exige a presen a de um meio material ao contr rio das outras formas de transfer ncia anteriores para as quais exigido um gradiente de temperatura em alguma forma de mat ria Para o caso de existir um gradiente entre a temperatura de um s lido e a sua vizinhan a mas as redondezas do s lido serem constitu das por v cuo isto implica que a transmiss o d
18. da DT Para temperaturas do banho t rmico mais elevadas a dist ncia entre a temperatura do banho e a Ts final aumenta existe uma maior dissipa o de calor para o ar ambiente Como o provete utilizado tem menos de 1 m e os ensaios foram realizados numa sala de grandes dimens es a influ ncia deste na Tamb n o se fez sentir da o estudo centrar se na an lise da Tsup 67 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie 5 2 Recomenda es para trabalho futuro Com a evolu o deste trabalho pode sugerir se para trabalho futuro e A realiza o de testes para os pisos analisados numa sala acondicionada estudando o comportamento destes revestimentos em condi es de temperatura ambiente estipuladas para as diversas esta es e determinada zona geogr fica e Realiza o de testes para outros revestimentos superficiais de piso e Estudo de diferentes configura es do ramal da tubagem e utiliza o de outros materiais na tubagem e Analisar o efeito de objectos que sobrep em o revestimento superficial simulando os mais variados materiais e disposi es e Analisar com recurso termografia o efeito da passagem do fluido pela tubagem os pontos de maior fonte de calor e Estudo do melhor revestimento a acumular mais energia t rmica ou seja ap s acondicionamento da sala quanto tempo esta demora a retomar a temperatura ambiente e Estudo do desempenho de u
19. de forma natural A temperatura para aquecimento teve cinco gradientes de 20 a 25 C de 20 a 30 C de 20 a 35 C de 20 a 40 C e de 20 a 45 C Para cada teste foram usadas as indica es acima referidas divergindo em tipo de piso e em gradiente de temperatura do banho t rmico 48 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie 4 Ensaios Experimentais e Discussao O Laborat rio de Transmi o de Calor da Universidade da Beira Interior foi o local eleito para a constru o aplica o dos diversos revestimentos superficiais e respectivos ensaios O ar residente n o teve tratamento acrescido pela realiza o da experi ncia Embora o local seja previligiado por n o ser sujeito a varia es significativas na temperatura ambiente estas tamb m se fizeram sentir com o aumento significativo da temperatura no exterior e consequentemente o interior do edificio que alberga o laborat rio A realiza o dos ensaios prev estudar o comportamento t rmico de cada revestimento superficial e relaciona lo com as restantes configura es Isto pode levar a resultados com os quais se consiga identificar qual a melhor solu o para utiliza o com o aquecimento por piso radiante hidr ulico Para o tratamento de dados s o apresentados um gr fico onde relacionada a diferen a de temperatura DT com o tempo e outro onde relaciona a m dia da temperatura superficial de ca
20. de funcionamento Temperatura superficial Tempo com o banho t rmico a uma temperatura de 30 C usem diese irissen nas AANE EAE AREE OESE aderir oes 55 Gr fico 4 5 Curvas de funcionamento diferen a de Temperatura Tempo com o banho t rmico a umatemperatura de 35 C cccsscvesvarsccedscvssveevevsecnsseteccesieractesseescensivesceesecvsceasves 57 Gr fico 4 6 Curvas de funcionamento Temperatura superficial Tempo com o banho t rmico a uma temperatura de 35 C acessar bev seuss deve scenes Deo Eae caes De 58 Gr fico 4 7 Curvas de funcionamento diferen a de Temperatura Tempo com o banho t rmico a Uma temperatura de 40 C ceras rasre paes nes moi nie piano bit e ia nt Bl E a o a a a pa sow 60 Gr fico 4 8 Curvas de funcionamento Temperatura Superficial Tempo com o banho t rmico a uma temperatura de 40 C sender cas che dra end np s cascais EEE eras EE oca s 61 Gr fico 4 9 Curvas de funcionamento diferen a de Temperatura Tempo com o banho t rmico a ma temperatura de 45 C sereo iseis n rosenia SKIES E NORSAR EDAREN ASAREE ONTEER 63 Gr fico 4 10 Curvas de funcionamento Temperatura Superficial Tempo com o banho t rmico a ma temperatura de 49 Cesos rori noaa SEEE tis E O dae En Re E EEA EERE SN E 64 xix Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie XX Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na
21. do provete o mesmo se verifica no PF 14 3 52 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie Nos restantes casos o aumento da Tsp segue o esperado o que apresenta uma maior temperatura o que possui menor resist ncia t rmica A configura o de PF 7 3 apresenta os piores resultados leva mais tempo a atingir estabilidade para uma menor temperatura A Tsup menor com o aumento da espessura do feltro Tabela 4 1 Resultados experimentais para a temperatura de refer ncia de 25 C Tempo 0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 min Sem revestimento superficial Tamb 20 5 C Tsup 19 8 20 9 21 8 22 4 22 8 22 90 23 1 23 2 23 2 23 2 23 3 23 2 23 3 C DT C 0 7 0 4 1 3 1 9 2 3 2 4 2 6 2 7 2 7 2 7 2 8 2 7 2 8 Entrada 19 8 24 7 24 6 24 6 24 8 24 7 24 8 24 7 24 7 24 7 24 7 24 8 24 7 Flutuante de 7 mm e feltro de polietileno de 1 mm Tamb 20 5 C Tsup 20 1 20 6 21 2 21 7 21 9 22 2 22 3 22 6 22 6 22 6 22 6 22 8 22 7 C DT C 0 4 0 1 0 7 1 2 1 4 1 7 1 8 2 1 2 1 2 1 2 1 2 3 2 2 Entrada 19 8 24 7 24 8 24 8 24 7 24 7 24 7 24 7 24 7 24 8 24 7 24 7 24 7 Flutuante de 7 mm e feltro de polietileno de 3 mm Tamb 19 6 C Tsup 19 8 20 0 20 6 21 1 21 3 21 5 21 7 21 8 21 8 22 0 22 000 22 4 2250 C
22. dos principais sistemas adoptados o sistema em serpentina dupla que consiste em distribuir o tubo em linhas paralelas A figura 2 9 exemplifica este modelo de funcionamento que parecido com a distribui o em espiral O calor repartido uniformemente mas os raios de curvatura s o pequenos 15 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie Figura 2 9 Configura o em dupla serpentina Standard hidr ulica S A U 2010 O circuito apresentado na figura 2 10 corresponde jun o do melhor dos sistemas em espiral e em serpentina O uso deste tipo de disposi o implica j um pr vio conhecimento de que existe um lugar onde especificamente necess rio transferir mais calor por se tratar de uma zona fria como o caso de um vidro contrabalan ando as perdas de calor com um aumento da temperatura num local espec fico Ou seja a gua quente tem entrada directamente para a zona fria do compartimento transportando todo o seu poder em calor inicial por uma serpentina e s depois passa por um sistema em espiral onde se obt m uma temperatura mais uniforme Figura 2 10 Circuito para zonas frias Standard hidr ulica S A U 2010 16 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie 2 2 2 Vantagens e inconvenientes do piso radiante A aplica o de um piso radiante traz diversas vantagens e inconvenien
23. maior sensa o de de conforto ideal bem estar maior conforto t rmico Figura 2 2 Gradiente t rmico proporcionado pelo piso radiante Standard hidr ulica S A U 2010 2 2 1 Estrutura base de um piso radiante esquema Para Watson e Chpman 2002 o piso radiante tem como objectivo optimizar a transfer ncia de calor diminuindo as perdas laterais e as perdas nas costas do sistema para aumentar a quantidade de calor na parte frontal direccionada para o local a transmitir energia t rmica A avalia o da efici ncia do painel radiante essencial para determinar as dimens es e avaliar o consumo de energia A an lise do balan o energ tico da superf cie aplica a primeira lei da termodin mica para a superf cie do piso A figura 2 3 mostra os factores de resist ncia t rmica representada por R Watson e Chpman 2002 11 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie Qradia o crema o Rpadi a o Rconvecc o Teperi Rcobertura Trond apaior Rsuperior Osipa Qcator de entrada Qn ferior TElemen to gua Rinferior Rpainet inferior Redif cio Figura 2 3 Esquema da resist ncia t rmica para um sistema de piso radiante Watson e Chpman 2002 Na figura 2 3 a simbologia apresentada assume o seguinte significado Watson e Chpman 2002 e Reuperior resist ncia t rmica total entre o elemento de aquec
24. minutos Neste caso continua a ser o PC 7 4 a apresentar uma Tsup final mais elevada 61 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie Tabela 4 4 Resultados experimentais para a temperatura de refer ncia de 40 C Tempo min 0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 Sem revestimento superficial Tamb 21 1 C Tsup C 20 1 23 4 28 1 30 1 31 4 32 2 32 7 33 0 33 1 33 2 33 4 33 3 33 4 DT C 1 0 12 3 7 0 9 0 10 3 11 1 11 6 11 9 12 0 12 1 12 3 12 2 12 3 Entrada 19 9 39 5 39 7 39 6 39 6 39 6 39 7 39 7 39 6 39 6 39 6 39 5 39 6 Flutuante de 7 mm e feltro de polietileno de 1 mm Tamb 19 4 C Tsup C 19 7 20 7 23 1 25 0 26 6 27 1 27 8 28 1 28 3 28 4 28 6 28 7 28 9 DT C 0 3 11 3 3 7 5 6 7 2 7 7 8 4 87 89 9 0 9 2 9 3 9 5 Entrada 19 9 39 4 39 5 39 6 39 5 39 6 39 6 39 6 39 5 39 6 39 6 39 5 39 7 Flutuante de 7 mm e feltro de polietileno de 3 mm Tamp 20 2 C Tsup C 19 7 20 6 22 9 24 6 26 0 26 8 27 3 27 6 28 0 28 0 28 1 28 3 28 3 DT C 0 5 10 4 2 7 4 4 5 8 6 6 7 1 7 4 7 8 7 8 7 9 81 8 1 Entrada 19 9 39 6 39 4 39 7 39 7 39 6 39 7 39 6 39 6 39 7 39 7 39 6 39 6 Flutuante de 14 mm e feltro de polietileno de 3 mm
25. mm thick superimposed on a felt with 3 mm thick a floating wooden floor with 14 mm thick superimposed on a felt with 3 mm thick and ceramic floor with 7 mm thick superimposed in cement adhesive with 4 mm thick In conducting the tests was gathered from the temperatures recorded in all layers of the hydraulic floor heating The study was conducted in the transitional regime making it possible to vary the thermal bath temperature 20 C to 45 C in intervals of 5 C The duration of each trial extended to the stabilization of temperatures the recording of temperatures was done at intervals of 15 minutes Was analyzed the different covers in the surface and found that the floor that has a surface temperature will be higher or lower for each of the temperature variations in the thermal bath It was found that the ceramic tile has a behaviour that places him as the best covers in the surface The floor has ceramic results that exceed the radiant floor with no covers With increasing bath temperature decreases the response time for all systems and increases the settling time Since this study is not conducted in a room with constant temperature the temperature was stabilized by which the entire specimen to initiate the experiment had to be adapted with increasing ambient temperature conditions Keywords Thermal Performance Thermal Comfort Radiant Floor Hydraulic Heating Covers in the Surface vii Estudo do desempenho t rmico
26. o 1 na zona B 1B Zona A Zona B Zona C 250mm 250mm Argamassa EXPS Isolante Cofragem 16mm a Figura 3 5 a Esquema em corte do provete b Pormenor da figura evidenciando o di metro externo da tubagem e a dist ncia entre o tubo e a superf cie da argamassa Estando todo este processo completo figura 3 6 seguiu se a aplica o da argamassa 36 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie iy mb Figura 3 6 Provete pronto a receber a argamassa 3 2 1 3 Descri o da argamassa 3 2 1 3 1 Requisitos funcionais A argamassa a aplicar deveria corresponder aos seguintes requisitos funcionais e Grande plasticidade e elevada trabalhabilidade para a regulariza o com r gua e Baixa refrac o pl stica e de secagem e elevada resist ncia compress o e flex o uma vez que a placa de espessura muita reduzida e tem de ser manuseada em diferentes ensaios sem quebrar 3 2 1 3 2 Materiais seleccionados Para dar resposta aos requisitos funcionais definidos no item anterior seleccionaram se os seguintes materiais constituintes da argamassa e Cimento portland de calc rio Cecil CEM II B L32 5N com massa vol mica 6 3040 kg m e baridade B 1140 kg m e Cal Hidr ulica NHL 5 com massa volumica 6 2500 kg m e baridade B 600 kg m e Superplastificante da SIKA ViscoCrete 3002HE com massa v
27. piso radiante a possibilidade de aquecer grandes salas Nos anos 90 em Barcelona um sal o do pal cio nacional de Montjuic com cerca de 2000 metros quadrados e com uma altura de 32 metros passou de uma sala fria e com pouco uso no inverno para um sal o de grandes potencialidades de utiliza o e isto s foi poss vel depois da instala o de um sistema de aquecimento por piso radiante hidr ulico Risue o 2007 Uma das propriedades do piso radiante o facto de aumentar a temperatura superficial do piso para temperaturas agrad veis ao toque Este facto pode resolver alguns problemas e potenciar outros campos de aplica o para al m das habita es Veja se por exemplo o caso da ind stria pecu ria No caso particular dos leit es em que a sua temperatura deve ser mantida a 32 C enquanto a temperatura da m e destes n o deve exceder os 25 C a instala o do piso radiante pode ser feita no local de dormida Risue o 2007 Outra aplica o no norte da Europa a utiliza o deste sistema no campo de jogo por baixo do relvado com o objectivo reduzir a possibilidade de congelar o campo de jogo Risue o 2007 Vantagens do sistema de piso radiante Watson e Chpman 2002 e Piso Radiante 2010 e Melhor n vel de conforto porque a carga radiante satisfaz directamente as necessidades com o movimento do ar em n veis normais de ventila o e Economia de energia devido a reduzir as perdas de transporte de energia para o
28. racer c rare nana 25 Figura 2 17 Tubo de PE X com multi camada Standard hidr ulica S A U 2010 26 Figura 2 18 Barreira anti vapor Standard hidr ulica S A U 2010 e c e eneeeo 27 Figura 2 19 Exemplo t pico de uma instala o tubular de um piso radiante hidr ulico Lavere xiv Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie Figura 2 20 Instala o do piso radiante num edif cio Solarconnect 2010 28 Figura 3 1 Pormenor da placa isolante XPS Manual T cnico Iberfibran 2009 32 Figura 3 2 Comprimento da tubagem sssssesssssosssessssoosssssssooosssssssoossssssesosessssses 34 Figura 3 3 Dimensionamento e posicionamento da tubagem em rela o s paredes da CORASEM RA RT DDD A DD RD ADO VR DA A AD RD RR E 35 Figura 3 4 Fixa o da tuDagem cece eceeeccenc cen eenc eens eens eeneeeneeenseenseenseenseenseeneees 35 Figura 3 5 a Esquema em corte do provete b Pormenor da figura evidenciando o di metro externo da tubagem e a dist ncia entre o tubo e a superf cie da argamassa 36 Figura 3 6 Provete pronto a receber a argamassa scecce eee ec eect ee eee eee eee eeeeeeeeeeneee 37 Figura 3 7 Betoneira misturadora utilizada para a produ o da argamassa 39 Figura 3 8 Aplica o da argamassa cce cece eccenccencceneeen
29. t cnicas do tubo Cristalflex Heliflex 2009 D JARDIM MULTIUSO GARDEN MULTIUSO JARDIN ALLPURPOSE JARDIN A USAGES MULTIPLES 050 110 190 005 100 91 A 025 110 190 008 050 91 m 100 Foi determinado que a disposi o da tubagem seria em espiral com um bom aproveitamento do espa o sem correr riscos de condicionar a passagem do fluido de trabalho gua As dimens es s o apresentadas nas figuras 3 5 e 3 6 Efectuou se o desenho da passagem do circuito da tubagem com o marcador e r gua Este desenho serviu como guia na altura de aplica o do tubo Figura 3 2 Comprimento da tubagem 34 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie Figura 3 3 Dimensionamento e posicionamento da tubagem em rela o s paredes da cofragem Com um berbequim furou se a cofragem para possibilitar colocar os tubos de entrada e sa da da gua e tamb m o local pelo qual os fios dos termopares fazem a liga o do exterior para o interior do provete como mostrado nas figuras 3 2 e 3 3 Com a ajuda de uma pistola de cola quente a tubagem foi fixada s placas de isolante j devidamente colocadas no interior da cofragem As curvaturas da tubagem dado a falta de sali ncias de direc o no isolante foram fixadas e refor adas al m de ser ne
30. temperatura m dia de cerca de 2 entre a parte com e sem alcatifa e uma diferen a de 11 C para regi es do painel de aquecimento O maior tempo de atraso t rmico entre os picos de pot ncia de aquecimento fornecida e a temperatura da superf cie do piso foi observado para o piso com alcatifa 4 75 h que tamb m teve o maior consumo de energia 9 mais do que para o caso sem alcatifa Num estudo posterior os mesmos autores Athienitis e Chen 2000 utilizaram a mesma metodologia para incluir o estudo da influ ncia da radia o solar na superf cie do piso radiante el ctrico comparando a rea exposta aos raios solares com a rea n o exposta Verificou se que quando a quantidade de radia o solar incidente alta a temperatura superficial na rea directamente iluminada pode ser de 3 C na manh a 8 C ao meio dia mais elevada do que na restante rea A temperatura da superf cie segundo ASHRAE 1997 n o deve ser superior a 29 C para ser confort vel Este estudo revela se importante pois aconselh vel n o ultrapassar esta temperatura Como as radia es solares mudam de direc o ao longo do dia a temperatura do piso vai sofrer altera es logo a temperatura do piso n o uniforme A simula o de Athienitis e Chen 2000 foi realizada para seis casos com v rias combina es de espessura de massa t rmica e do revestimento superficial No primeiro foi analisado o efeito para o caso de ter apenas bet o com 50 mm
31. the indoor electrical floor heating system with carbon black mortar slabs Department of Engineering Structures and Mechanics School of Science Wuhan University of Technology Wuhan 430070 China Elsevier 2007 Miriel J Serres L Trombe A Radiant ceiling panel heating cooling systems experimental and simulated study of the performances thermal comfort and energy consumptions Civil Engineering Research Group GRGC e Laboratoire d Etudes Thermiques et Mecaniques Franca Applied Thermal Engineering 22 1861 1873 Elsevier Science 2002 Risue o Manuel Tortola Ventajas e inconvenientes del suelo radiante respecto a otros sistemas de calefaccio Artigo t cnico pp 58 62 Dezembro de 2007 Ryu Seong Ryong Rhee Kyu Nam Yeo Myoung Souk Kim Kwang Woo Strategies for flow rate balancing in radiant floor heating systems Building Research amp Information36 6 625 637 Taylor amp Francis 2008 Sattari S Farhanieh B A parametric study on radiant floor heating system performance Tehran Iran Technical note Renewable Energy Elsevier Department of Mechanical Engineering Sharif University of Technology 2006 Scheatzle David Life Member ASHRAE Combining Radiant and Convective Systems with Thermal Mass for a More Comfortable Home ASHRAE Transactions Symposia 2006 American Society of Heating Refrigerating and Air Conditioning Engineers Inc CH 06 1 1 RP 1140 pp 253 268 2006 Watson Richard D Chpma
32. trabalho da tubagem e dos materiais envolventes essenciais para projectar os equipamentos de suporte ao piso radiante chiller ou caldeira Al m disto prev as temperaturas m ximas e m nimas para um piso ou um teto radiante para controlar o conforto t rmico Do mesmo modo que um piso radiante pode ser utilizado para arrefecer o ar ambiente Miriel et al 2002 atrav s do programa TRNSYS estudaram a possibilidade de usar um painel hidr ulico no teto para arrefecimento e utiliz lo na produ o de calor Com o mesmo sistema poss vel ter calor no inverno e frio no ver o Este sistema confere uma melhoria no conforto t rmico gra as a uma transfer ncia de calor por radia o e a uma velocidade do ar reduzida o que para a sa de dos ocupantes faz com que o sistema n o seja c mplice da prolifera o dos v rus no ar ambiente A temperatura da superf cie do painel no tecto deve ser no m nimo de 17 C para evitar o risco de condensa o O sistema em estudo apresentou uma ptima condutibliidade t rmica e o teto radiante foi de ac o r pida Este tipo de pain is pode ser usado para aquecimento e para arrefecimento de um edif cio Contudo a pot ncia limitada e a sua utiliza o deve ser projectada para climas temperados Este modelo de arrefecimento adequado para escrit rios e para pr dios que necessitem de uma baixa carga t rmica de arrefecimento O calor transferido tem 80 de radia o e 20 de convec o n
33. 0 e 1800 kg m coeficiente de condutibilidade t rmica estimado em 1 0 W m C e espessura m dia de 4 mm A resist ncia t rmica m dia estimada para o revestimento ladrilhos e cimento cola de aproximadamente 0 009 m C W 3 6 Metodologia experimental dos ensaios Realizaram se ensaios de desempenho t rmico para as seguintes combina es de acabamentos 1 Sem revestimento superficial 2 Piso flutuante sint tico de 7 mm com isolamento hidr fugo de feltro com 1 mm 3 Piso flutuante sint tico de 7 mm com isolamento hidr fugo de feltro com 3 mm 4 Piso flutuante de madeira de 14 mm com isolamento hidr fugo de feltro com 3 mm 5 Piso cer mico de 7 mm assente com 4 mm de cimento cola Para dar in cio aos testes foi sempre necess rio preparar o psicr metro preparar a bancada de leitura dos termopares e normalizar a temperatura no piso Para se poder obter resultados compar veis entre si necess rio que o ponto de partida seja igual para todos os ensaios O sistema tem a fun o de transferir calor para o ambiente e para que os ensaios possam ter condi es iniciais equipar veis foi necess rio realizar testes de prepara o para escolher qual a temperatura pela qual todos os pontos de leitura devem ser iniciados No final dos testes chegou se conclus o que atendendo temperatura ambiente registada na sala de laborat rio nos dias antecedentes o melhor ponto de partida foi estabilizar a temperatura no piso a
34. 5 20 0 21 8 23 5 24 0 24 7 25 2 25 4 25 6 25 7 25 8 25 8 26 0 DT C 0 0 0 5 2 3 40 4 5 5 2 5 7 5 9 6 1 6 2 6 3 6 3 6 5 Entrada 19 9 34 7 34 4 34 6 34 8 34 7 34 7 34 8 34 6 34 7 34 7 34 8 34 8 Flutuante de 14 mm e feltro de polietileno de 3 mm Tamb 20 7 C Tsup C 20 3 20 6 21 9 23 2 24 1 25 0 25 3 25 6 25 9 26 2 26 3 26 4 26 4 DT C 0 4 0 1 1 2 2 5 3 4 4 3 4 6 4 9 5 2 5 5 5 6 5 7 5 7 Entrada 19 8 34 5 34 7 34 7 34 7 34 7 34 7 34 7 34 8 34 7 34 7 34 7 34 7 Cer mica Tamb 24 3 C Tsup C 24 7 26 7 27 6 28 6 29 4 29 9 30 3 30 5 30 7 30 6 30 8 30 9 31 0 DT C 0 4 2 4 3 3 4 3 5 1 5 6 6 0 6 2 6 4 6 3 6 5 6 6 6 7 Entrada 24 8 34 7 34 7 34 7 34 7 34 6 34 7 34 7 34 8 34 8 34 8 34 7 34 7 Em suma este banho t rmico j apresenta solu es que ultrapassam os 29 C o que implica o desconforto t rmico ao ser humano segundo ASHRAE 1997 O revestimento com melhor desempenho continua a ser o PC 7 4 59 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie 4 1 4 Ensaios a 40 C Temperatura imposta no banho t rmico de 40 C 14 0 13 0 12 0 11 0 10 0 9 0 e 8 0 n i _ 7 0 6 0 me O 5 0 4 0 3 0 A to ZLE 00 LA 1 0 6 0 4 60 90 10 2 0
35. 8 desenvolveram um programa para prever a transfer ncia de calor por convec o para um piso radiante Ryu et al 2008 desenvolveram um estudo que analisou os efeitos que o caudal proveniente do piso radiante tem no conforto t rmico e na temperatura dentro de um apartamento com v rias divis es sala ou os quartos atrav s da utiliza o de estudos anteriores e de simula es computacionais Foram analisados dispositivos de controlo de caudal e os poss veis problemas que podem causar A simula o indicou que o caudal previsto no projecto tem oscila es dependentes da rea total dispon vel Para uma maior rea necess ria uma maior quantidade de caudal de fluido para o aquecimento e tamb m uma rea maior leva uma excessiva desigualdade na distribui o do caudal Isto leva a que o controlo do caudal em cada zona reflicta o desempenho do piso radiante Aliado ao controlo do caudal tamb m deve ser aplicado um sistema de controlo da temperatura term statos para cada zona de aquecimento com melhorias significativas no desempenho Os resultados mostraram que o controlo do caudal tem de ter uma especial aten o para n o levar a press es elevadas que podem causar cavita o nas tubagens A fim de prevenir este efeito sugerido o uso de bombas de velocidade vari vel e v lvulas de controlo de press o A interac o entre o corpo humano e o ambiente foi o tema estudado por Kilic e Sevilgen 2008 onde foi analisado at
36. Lavere 2009 enumera tr s factores significativos num piso radiante nomeadamente o tipo de material da tubula o o m todo de instala o e a interac o entre os dois O sucesso ou fracasso de um sistema de piso radiante depende de todos os aspectos do processo de constru o a concep o a instala o e a manuten o A n o realiza o de qualquer uma destas fases pode ter consequ ncias dram ticas Assim a experi ncia do t cnico para a instala o e para a manuten o do equipamento muito importante Um t cnico experiente mais prov vel que tenha protocolos para proteger a tubula o de danos tais como pregos para instala es em vigas ou tubo dobrado em instala es O engenheiro e os instaladores podem projectar e instalar os melhores pisos radiantes do mundo mas o pessoal de manuten o que deve manter o sistema na condi o ptima de funcionamento Manuten o da caldeira manuten o da bomba inspec o visual regular registo completo dos dados e a an lise dos dados s o aspectos importantes para a manuten o de um sistema de piso radiante A aten o aos dados recolhidos e a sua an lise pode evitar falhas catastr ficas Lavere 2009 Sempre que o piso possa transmitir humidade necess rio colocar entre o piso e o revestimento superficial do piso uma barreira anti vapor figura 2 18 Este material tem a 26 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabam
37. T AUTOMATIC MIXING DAMPERS CONTROLLED FROM ZONE THERMOSTAT Figura 2 15 Piso radiante a ar quente Watson e Chpman 2002 O aquecimento por radia o tem sido especialmente valorizado pela utiliza o bem sucedida em situa es muito espec ficas em conjunto com aquecimento convencional Watson e Chpman 2002 2 3 4 Piso radiante el ctrico O piso radiante el ctrico utiliza a electricidade para aquecer directamente as resist ncias el ctricas do piso com os elementos el ctricos incorporados no ch o sob o revestimento do piso figura 2 16 e com term statos colocados na superf cie para controlar a temperatura superficial desejada A temperatura ambiente tamb m ela controlada por term statos nas paredes RPA Radiant Panel Association 2010 Uma das vantagens do piso radiante el ctrico dispensar infra estruturas como chamin s ou sala para caldeiras e armazenamento de combust vel pois facilita logo na constru o ficando mais moderna e econ mica Piso Radiante 2010 Neste sistema de aquecimento toda a superf cie convertida num imenso e eficaz painel acumulador emissor de calor O piso radiante el ctrico pode funcionar como acumulador de calor e ser ligado corrente el ctrica durante a noite tornando se mais econ mico pois o pre o da tarifa nocturna cerca de metade do pre o da energia el ctrica durante o dia Polisol 2010 24 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com
38. TC Livros T cnicos e Cientificos Editora S A 4 edi o 1998 Karadag Refet e Akg bek Omer The prediction of convective heat transfer in floor heating systems by artificial neural networks Department of Mechanical Engineering University of Harran 63300 Sanliurfa Turkey International Communications in Heat and Mass Transfer 35 312 325 Elsevier 2008 Kilic Muhsin e Sevilgen G khan Modelling airflow heat transfer and moisture transport around a standing human body by computational fluid dynamics Mechanical Engineering Department Faculty of Engineering and Architecture Uludag University Bursa Turkey 1159 1164 International Communications in Heat and Mass Transfer Elsevier 2008 Kreith Frank Bohn Mark S Princ pios de Transfer ncia de Calor Tradu o de All Tasks Revis o t cnica de Fl vio Maron Vichi e Maria Teresa Castilho S o Paulo Pioneira Thomson Learning 2003 69 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie Laouadi Abdelaziz Development of a radiant heating and cooling model for building energy simulation software Indoor Environment Research Program Institute for Research in Construction Canada Building and Environment 39 421 431 Elsevier 2004 Lavere Tracy In floor radian heat for resorts Engineered Systems pp 28 30 September 2009 Mingging S Xinying M Xiaoying W Zuofu H e Zhuoqiu L Experimental studies on
39. Temperatura DT 135 150 165 180 Tempo min Sem Cobertura PF7 1 PF7 3 0 PF 14 3 PC 7 4 Gr fico 4 3 Curvas de funcionamento diferen a de Temperatura Tempo com o banho t rmico a uma temperatura de 30 C No gr fico 4 3 verifica se que nos ensaios a diferen a de temperatura tem uma subida entre 3 5 e 7 C No caso do PF 14 3 o DT inicial apresenta o valor mais negativo a Tamb a mais elevada A evolu o da DT ao longo do tempo segue trajectos muito semelhantes adquirindo estabilidade a partir dos 120 minutos O provete sem cobertura apresenta a DT mais elevada distando devido a ter a resist ncia t rmica mais baixa o que permite uma maior transfer ncia de calor A curva da DT do revestimento PF 7 1 encontra a curvatura do revestimento PF 7 3 isto indica que embora ligeira existe um aumento na DT devido aplica o feltro A maior diferen a de temperatura pertence ao piso sem cobertura com DT pr ximo dos 7 C Os pisos que mais se aproximam deste valor s o as configura es PF 7 1 e PF 7 3 obtendo valores finais muito pr ximos 54 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie necess rio ter em conta que o piso PC 7 4 foi testado em condi es de temperatura ambiente mais elevado que os restantes pisos o que levou a ter que considerar uma temperatura inicial na superf cie de 25 C Assim o m ximo qu
40. Tempo min Sem Cobertura PF7 1 PF7 3 0 PF 14 3 PC 7 4 Gr fico 4 9 Curvas de funcionamento diferen a de Temperatura Tempo com o banho t rmico a uma temperatura de 45 C A an lise do gr fico 4 9 permite concluir o que foi verificado no gr fico 4 7 apenas o tempo de estabiliza o de 135 minutos 63 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie Temperatura imposta no banho t rmico de 45 C 39 0 37 0 35 0 33 0 31 0 29 0 27 0 25 0 23 0 Temperatura Superficial Tsup C 21 0 q 19 0 0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 Tempo min Sem Cobertura PF 7 1 lt PF 7 3 O PF 14 3 lt PC 7 4 Grafico 4 10 Curvas de funcionamento Temperatura Superficial Tempo com o banho t rmico a uma temperatura de 45 C A Tsup tende a estabilizar o seu valor maximo ao fim de 150 minutos para os revestimentos em estudo Continua a ser o PC 7 4 a apresentar uma Tsup final mais elevada 36 7 C S o verificados no grafico 4 10 resultados da evolu o das curvas do Tsup Tempo semelhantes aos analisados no gr fico 4 9 64 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie Tabela 4 5 Resultados experimentais para a temperatura de refer ncia de 45 C Tempo 15 75 105 120 135 150 165 180 min Sem revestimento superficial
41. a vol mica aparente seca de aproximadamente 120 kg m coeficiente de condutibilidade t rmica estimado em 0 050 W m C e espessura m dia de 1 mm A resist ncia t rmica m dia estimada para o conjunto do pavimento laminado e feltro de aproximadamente 0 074 m C W 43 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie 3 4 3 2 Revestimento de piso com pavimento flutuante laminado de 7 mm de espessura assente sobre subcamada de feltro em polietileno de 3 mm de espessura sem cola Revestimento de piso em pavimento flutuante laminado com massa vol mica aparente seca de aproximadamente 500 kg m coeficiente de condutibilidade t rmica estimado em 0 13 W m C e espessura m dia de 7 mm assente sobre uma subcamada de feltro em polietileno com massa vol mica aparente seca de aproximadamente 120 kg m coeficiente de condutibilidade t rmica estimado em 0 050 W m C e espessura m dia de 3 mm A resist ncia t rmica m dia estimada para o conjunto do pavimento laminado e feltro de aproximadamente 0 114 m C W 3 4 3 3 Revestimento de piso com pavimento flutuante de madeira maci a densa de 14 mm de espessura assente sobre subcamada de feltro em polietileno de 2 mm de espessura sem cola Revestimento de piso em pavimento flutuante de madeira maci a densa com massa vol mica aparente seca de aproximadamente 750 a 870 kg m coeficiente de condutibilidade t r
42. ada aai Wh DURAR SPA VS E Da o Uia VEDA Saes PRN AUS SAR EA o SS a 11 Figura 2 3 Esquema da resist ncia t rmica para um sistema de piso radiante Watson e Chprman 2002 ces sais ro s savas Sead e SE house Duas pasa Dae esa 12 Figura 2 4 Composi o do piso radiante Laouadi 2004 ceeis insira 13 Figura 2 5 Disposi o dos tubos em serpentina Laouadi 2004 cece eee eee ence ee eeeeees 14 Figura 2 6 Piso radiante el ctrico com o cabo de aquecimento em serpentina DEVI 2010 14 Figura 2 7 Aplica o de um piso radiante el ctrico DEVI 2010 ccceceeeneeeeeeeeeeees 15 Figura 2 8 Tubos em espiral Laouadi 2004 ceee ecc ene ceneeenceeneeenseeneeenseeneees 15 Figura 2 9 Configura o em dupla serpentina Standard hidr ulica S A U 2010 16 Figura 2 10 Circuito para zonas frias Standard hidr ulica S A U 2010 16 Figura 2 11 Aquecimento do ar ambiente numa sala com piso radiante Standard hidr ulica SAD 2010 enoe SE nde tease ndeansun neem etic aqi de a uia sad crer o 17 Figura 2 12 Figura esquem tica da aplica o de um piso radiante Rocatherm 2010 20 Figura 2 15 Piso radiante a ar quente Watson e Chpman 2002 cceceee eee ee eeeee 24 Figura 2 16 Exemplo de aplica o do piso radiante el ctrico com revestimento de madeira ou laminado da marca Warmup 2010 ceceeee ecra re race
43. ado num resumo pela tabela 3 2 verifica se que os mais indicados s o do tipo K E eT Tabela 3 2 limites da temperatura de opera o dos quatro mais comuns tipos de termopares Omega Engineering Inc 2010 Common Thermocouple Temperature Ranges Calibration Temp Range Std Limits of Error Spec Limits of Error J E 0 C to 750 C E Greater of 2 2 C E Greater of 1 1 C 32 F to 1382 F or 0 75 or 0 4 K E 200 C to 1250 C E Greater of 2 2 C E Greater of 1 1 C 328 F to 2282 F or 0 75 or 0 4 E E 200 C to 900 C E Greater of 1 7 C E Greater of 1 0 C 328 F to 1652 F or 0 5 or 0 4 T g 250C to350 C jg Greater of 1 0 C or Greater of 0 5 C 328 F to 662 F 0 75 or 0 4 3 2 1 1 Selec o dos materiais para execu o do ramal da tubagem e da implanta o dos termopares Nesta fase foi utilizado tubo multiuso mangueira flex vel Cristalflex com o comprimento de 13 metros fixado com cola quente e pregos de a o Foram tamb m aplicados tr s termopares do tipo K um por cada zona um termopar no tubo e um no centro do isolante 33 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie 3 2 1 2 Aplica o do ramal e termopares A escolha do tipo de tubo a utilizar recaiu sobre a tubagem dispon vel no laborat rio Cristalflex Mangueira flex vel sem refor o tabela 3 3 com um di metro externo de 11mm Tabela 3 3 Caracter sticas
44. ar um sistema de um piso radiante numa cave de uma casa atrav s de dois m todos O m todo das diferen as finitas e o m todo dos elementos finitos A partir destes m todos foi poss vel prever a resposta das temperaturas envolventes quer em estado estacion rio quer em estado transit rio num sistema sem perdas t rmicas O modelo enclausura o sistema e o ambiente circundante para permitir determinar a temperatura tanto interna como externa Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie O m todo das diferen as finitas exigiu mais tempo de execu o e apresentou valores da temperatura mais elevados que o seu similar Chen e Athienitis 1998 realizaram o estudo de um modelo num rico da transfer ncia de calor em sistemas de aquecimento de piso radiante desenvolvendo um modelo tridimensional com o m todo das diferen as finitas Este m todo permitiu lhes estudar a influ ncia que a camada superior ou soalho tem sobre a distribui o da temperatura e consumo energ tico O soalho e a espessura do piso tiveram v rias configura es Neste estudo utilizou se bet o ou gypcrete de armazenamento t rmico que foi coberto com alcatifa instalada em toda a rea dispon vel ou alcatifa a cobrir apenas uma rea parcial central e utilizou se tamb m soalho flutuante Verificou se que a alcatifa parcial centrada sobre o bet o com 50 mm de espessura revelou uma diferen a de
45. atural 2 3 2 Piso radiante para aquecimento A marca Warmup 2010 indica que a ideia de utilizar o calor radiante para aquecimento superficial de um pavimento a uma baixa temperatura surgiu h 2000 anos no Imp rio Romano para uso nos seus banhos p blicos e grandes resid ncias particulares Enquanto a tecnologia evoluiu ao longo dos anos o conceito permaneceu inalterado aquecer uma grande rea a baixa temperatura 21 a 25 C Esta considerada a forma mais confort vel e eficiente de aquecer o ambiente Segundo Scheatzle 2006 os sistemas radiantes s o mais eficazes para o caso em que a transfer ncia de calor n o se encontra obstru da pelos diversos objectos como o caso de um sof ou outros m veis Os materiais de que s o feitos normalmente estes objectos criam uma barreira t rmica que impossibilita a transfer ncia de calor funcionando como isolantes particularmente para sistemas de refrigera o a sua capacidade reduzida O teto de uma habita o normalmente uma parte mais desobstru da e por isto uma boa op o para a instala o Por outro lado a instala o de pain is de aquecimento no teto n o t o eficaz 21 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie como no caso de um sistema de refrigera o devido falta da convec o natural A capacidade de um piso radiante de aquecimento requer menor temperatura superficial em rela o ao ca
46. cess rio a coloca o tempor ria de pregos de a o para uma melhor fixa o e melhor curvatura figura 3 4 Na coloca o da tubagem teve se o especial cuidado de deixar em m dia 1m de tubo fora da cofragem considerado suficiente para conectar ao banho t rmico com margem de seguran a Figura 3 4 Fixa o da tubagem 35 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie Ap s a secagem da cola e garantida a fixa o de toda a tubagem ao isolante todos os pregos foram removidos Foi determinada a posi o dos termopares interiores e foram posicionados quatro termopares do tipo K como se ilustrou na figura 3 3 Os termopares foram identificados por zona zona A zona B zona C distanciadas de 250 mm entre a zona Be as zonas Ae C e por sec o em altura figura 3 5 A fronteira isolante cofragem corresponde a sec o 1 a fronteira isolante argamassa que corresponde sec o 2 a fronteira argamassa feltro de polietileno ou argamassa temperatura ambiente ou argamassa cimento cola sec o 3 a fronteira feltro de polietileno piso flutuante corresponde sec o 4 e por fim a fronteira revestimento superficial ambiente a sec o 5 Nesta fase da instala o foram colocados tr s termopares do tipo K 2A 2B 2C e um termopar do tipo K no ponto de viragem do ramal da tubagem na fronteira tubo argamassa 2 tubo na sec o 2 e o nico termopar da sec
47. da revestimento com o tempo Os valores apresentados no eixo DT referem se diferen a entre a m dia da temperatura superficial de cada revestimento e a m dia da temperatura registada no pesicr metro 4 3 correspondente temperatura de bulbo seco durante cada ensaio No eixo correspondente temperatura superficial o c lculo feito com o registo das temperaturas superficie de cada revestimento atrav s das equa es 4 1 e 4 2 Descri o Designa o Simbologia Temperatura na superf cie Tsup Temperatura ambiente Tamb Diferen a entre a temperatura ambiente e a DT temperatura superficial Temperatura no termopar 3A 3B 3C 5A 5B 5C T 3A T 3B T 3C T 5A T 5B T 5C Designa o Simbologia Pavimento sem revestimento superficial Sem cobertura Pavimento flutuante de 7 mm e feltro em polietileno de 1 mm PF 7 1 Pavimento flutuante de 7 mm e feltro em polietileno de 3 mm PF 7 3 Pavimento flutuante de 14 mm e feltro em polietileno de 3 mm PF 14 3 Pavimento Cer mico de 7 mm e cimento cola de 4 mm PC 7 4 49 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie Temperatura superficial Para o caso sem revestimento superficial DO CD ta Para os casos com revestimento superficial Diferen a de temperatura Para todos casos sem e com revestimento superficial 4 3 50 Estudo do desempenho t r
48. de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie viii Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie Indice 1 Introducao 1 1 Perspectiva Geral 1 2 O problema em estudo e a sua relevancia 1 3 Revis o Bibliogr fica 1 4 Objectivos e contribui o da tese 1 5 Vis o geral da organiza o da tese 2 Piso Radiante 2 1 Painel radiante 2 1 1 Condu o 2 1 2 Convec o 2 1 3 Radia o t rmica 2 2 O que o piso radiante 2 2 1 Estrutura base de um piso radiante esquema 2 2 2 Vantagens e inconvenientes do piso radiante 2 2 2 1 Vantagens 2 2 2 2 Inconvenientes 2 2 3 Calor necess rio 2 3 Diferentes tipos de piso radiante 2 3 1 Piso radiante para arrefecimento 2 3 2 Piso radiante para aquecimento 2 3 3 Piso radiante a ar quente 10 11 17 17 19 19 20 21 21 23 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie 2 3 4 Piso radiante el ctrico 24 2 3 5 Piso radiante hidraulico 25 2 3 6 Piso radiante el ctrico vs hidraulico 28 3 Prot tipo Experimental 30 3 1 Material 30 3 1 1 Material para constru o do provete 30 3 1 2 Material de leitura de dados 31 3 2 Constru o do Provete 31 3 2 1 Procedimentos de execu o do provete 31 3 2 1 1 Isolante 31 3 2 1 2 Ramal de tubo e termopares 33 3 2 1 1 Requisitos funcionais 33 3 2 1 1 Selec o d
49. diferentes acabamentos na superficie Revestimento Rede radiante Material de isolamento Laje madeira ou cimento Figura 2 16 Exemplo de aplica o do piso radiante el ctrico com revestimento de madeira ou laminado da marca Warmup 2010 2 3 5 Piso radiante hidr ulico Os sistemas radiantes hidr ulicos para aquecimento realizam a transfer ncia de calor em mais de 50 em energia radiante A caracter stica distintiva dos demais sistemas de aquecimento a utiliza o de um fluido para o transporte desde a fonte de origem t rmica at ao local de necessidade de calor Watson e Chpman 2002 O sistema opera silenciosamente enquanto a gua move se atrav s do ramal de tubos Segundo Lavere 2009 no passado os materiais utilizados na tubagem foram o cobre ou o polibutileno O cobre degrada se se for embutido na argamassa o polibutileno absorve o oxig nio atrav s das paredes da tubula o que causa problemas com a corros o e leva a vazamentos e consequente falha do sistema Segundo Watson e Chpman 2002 o piso radiante hidr ulico tem como principio base a utiliza o de condutas de fluido directamente no ch o normalmente gua como canal de transfer ncia de calor Os tubos de gua t m vindo a ser melhorados e com o aparecimento do polietileno reticulado ou simplesmente PEX que veio substituir o a o ou os tubos de cobre usados na argamassa O material recentemente utilizado segundo Lavere 2009
50. doptado Segundo Laouadi 2004 os padr es mais utilizados consistem na disposi o dos tubos em serpentina figuras 2 5 e 2 6 em espiral figura2 8 ou mesmo um combinado dos dois anteriores de forma a adoptar se ao lugar onde disposto figura 2 10 No padr o de serpentina a transfer ncia de calor essencialmente transversal perpendicular ao plano da tubula o enquanto no padr o espiral a transfer ncia de calor radial Laouadi 2004 Um sistema t pico radiante pode igualmente ser constitu do de v rios circuitos que servem diferentes pisos ou diferentes espa os de superf cie Este tipo de piso constitu do do ponto de vista construtivo por pain is isolantes onde sobreposta a tubagem envolvida por argamassa e seguida de diferentes tipos de revestimento superficial necess rio tamb m utilizar uma pel cula para reter a humidade ou vapor Laouadi 2004 13 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie gt E E 3 HA A 8 L comprimento caracter stico do tubo Tout Tin a temperatura de sa da e de entrada respectivamente Figura 2 5 Disposi o dos tubos em Figura 2 6 Piso radiante el ctrico com o cabo de serpentina Laouadi 2004 aquecimento em serpentina DEVI 2010 A disposi o em serpentina como mostra a figura 2 5 consiste em repartir a tubagem em linhas paralelas O fluido quente entra numa pon
51. e Para uso dom stico o revestimento PC 7 4 apresenta temperaturas pr ximas do limite da temperatura aceit vel para o conforto humano Para este conjunto de experi ncias nenhum dos revestimentos excedeu a temperatura limite de conforto t rmico humano de 29 C segundo ASHRAE 1997 Tabela 4 2 Resultados experimentais para a temperatura de refer ncia de 30 C Tempo 0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 min Sem revestimento superficial Tamb 20 3 C Tsup 19 8 21 9 23 8 25 0 25 7 26 0 26 4 26 4 26 7 26 7 26 8 26 8 26 8 C DT C 0 5 1 6 3 5 4 7 5 4 5 7 6 1 6 1 6 4 6 4 6 5 6 5 6 5 Entrada 19 8 29 7 29 7 29 7 29 7 29 7 29 7 29 8 29 8 29 6 29 8 29 8 29 7 Flutuante de 7 mm e feltro de polietileno de 1 mm Tamp 20 2 C Tsup 19 8 20 6 22 0 22 8 23 3 24 1 24 3 24 4 24 7 24 8 24 8 24 9 25 0 C DT C 0 4 0 4 1 8 2 6 3 1 3 9 4 1 42 4 5 4 6 4 6 4 7 4 8 Entrada 19 8 29 7 29 6 29 7 29 8 29 8 29 8 29 8 29 8 29 8 29 7 29 8 29 8 Flutuante de 7 mm e feltro de polietileno de 3 mm Tamb 19 C Tsup 19 6 19 9 21 1 22 1 22 6 22 9 23 3 23 5 23 5 23 7 23 8 23 8 23 8 C DT C 0 6 0 9 2 1 3 1 3 6 3 9 4 3 4 5 4 5 47 14 8 4 8 4 8 Entrada 19 9 29 6 29 6 29 8 29 7 29 7 29 6 29 7 29 7 29
52. e calor sobre a forma de convec o ou condu o n o possa existir por falta de mat ria No entanto verifica se que a temperatura do s lido e da vizinhan a tendem a equilibrar se por ac o da emiss o de radia o t rmica e consequente absor o at que a temperatura da superf cie Tsup seja igual temperatura da vizinhan a Tyiz Incropera e DeWitt 1998 A radia o emitida a qualquer momento por todas as formas de mat ria da sua superf cie exposta Incropera e DeWitt 1998 Em teoria defendido que a radia o a propaga o de part culas conhecidas como fot es ou quanta Em alternativa defende se que a radia o a propaga o de ondas electromagn ticas Em ambos atribui se radia o as propriedades de uma onda o comprimento de onda A e a frequ ncia v Incropera e DeWitt 1998 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie O espectro electromagn tico esta representado na figura 2 1 onde referenciada a frac o correspondente radia o t rmica que inclui uma pequena frac o dos raios UV e todo o espectro vis vel e infravermelho aproximadamente 0 1um gt gt 100um Figura 2 1 Espectro da radia o electromagn tica Incropera e DeWitt 1998 2 2 O que o piso radiante O piso radiante funciona de forma semelhante a um radiador que transfere o calor para o pavimento e depois para as pessoas e
53. e esta configura o poderia obter na DT seria de 5 C este valor n o foi atingido no entanto atinge valores superiores a 3 C Temperatura imposta no banho t rmico de 30 C 29 0 28 0 27 0 26 0 25 0 24 0 23 0 22 0 21 0 Temperatura Superficial Tsup C 20 0 19 0 0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 Tempo min Sem Cobertura PF 7 1 PF 7 3 O PF 14 3 PC 7 4 Grafico 4 4 Curvas de funcionamento Temperatura superficial Tempo com o banho t rmico a uma temperatura de 30 C Atrav s do gr fico 4 4 observa se que o revestimento com melhor desempenho o PC 7 4 com uma temperatura m xima na superf cie de 28 2 C Pelo contr rio o pior desempenho verifica se no PF 7 3 Ap s os primeiros 120 minutos a Tp dos diferentes revestimentos de piso fica est vel Comparando a presta o dos revestimentos flutuantes o PF 14 3 o que apresenta resultados superiores ao PF 7 3 apesar de ter uma resist ncia t rmica mais elevada tal facto pode dever se diferen a da Tamb a Tamb do PF 14 3 foi de 3 3 C superior Tamb do PF 7 3 Relativamente aos revestimentos PF 7 3 e PF 7 1 a utiliza o do feltro de um mil metro para uma temperatura no circuito hidr ulico de 30 C leva a uma diferen a da Tsup de 1 2 C no final de 180 minutos 55 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superfici
54. e polietileno 1 ou 3 mm foi colocado sobre a superf cie do provete cobrindo toda a rea para estudo e ficando sempre em m dia 10 cm para fora do provete Depois de colocado foram fixados com fita cola de alum nio tr s termopares do tipo J para ler a temperatura do feltro nas tr s zonas j referenciados como 4A 4B e 4C Foram cortadas duas pe as do piso flutuante 7 ou 14mm longitudinalmente com uma serra el ctrica com disco preparado para cortar madeira As pe as cortadas ficaram posicionadas na lateral do provete A geometria final das pe as que comp em o piso flutuante e a localiza o dos termopares ilustrada nas figuras 3 15 e 3 16 No final foram fixados tr s termopares do tipo J na superf cie do piso com as refer ncias de 5A 5B e 5C 42 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie Figura 3 15 Piso flutuante 7 mm Figura 3 16 Medi es no piso flutuante14 mm 3 4 3 Descri o sum ria do piso flutuante 3 4 3 1 Revestimento de piso com pavimento flutuante laminado de 7 mm de espessura assente sobre subcamada de feltro em polietileno de 1 mm de espessura sem cola Revestimento de piso em pavimento flutuante laminado com massa vol mica aparente seca de aproximadamente 500 kg m coeficiente de condutibilidade t rmica estimado em 0 13 W m C e espessura m dia de 7 mm assente sobre uma subcamada de feltro em polietileno com mass
55. e queimaduras e ferimentos para crian as e idosos pois retira a necessidade de radiadores e grelhas e Pode usar qualquer tipo de pavimenta o a revestir piso radiante existe uma grande versatilidade quanto a isso e Pode se conjugar o piso radiante com energias alternativas como por exemplo os sistemas de pain is solares t rmicos ou foto voltaicos e Reduz drasticamente as perdas de calor traduzindo se numa economia de energia 2 2 2 2 Inconvenientes O sistema de piso radiante tem tamb m algumas desvantagens que conv m ter em conta na altura da escolha do sistema de aquecimento ou arrefecimento Risueno 2007 Dado que a instala o feita de forma permanente no piso da habita o este de dificil remo o ou de dif cil acesso tubagem dado que esta tem de ser desenvolvida para que n o seja necess rio o seu acesso para a manuten o Qualquer trabalho ou aplica o na superf cie do piso deve ter sempre em conta que o piso est todo ele com a ramifica o da tubagem Risueno 2007 Outro inconveniente o tempo de resposta para o aquecimento ou para o arrefecimento em compara o com outros sistemas em que a resposta mais r pida Esta desvantagem tem especial import ncia para habita es onde a estadia de um ou dois dias como no caso de casas de f rias Risue o 2007 A escolha do revestimento do limitada pelo tempo de resposta que pretendido No caso de materiais de origem mineral com me
56. eeeneeenseenseenseenseeneeenseeneees 39 Figura 3 9 Provete com a argamassa j seca seececceceeeeceeeseeeeseeeeseeeeseeeeseeeeseneeees 40 Figura 3 10 Liga es entre o interior e o exterior do piso Termopares 1B 2 2B 2C e tubo 41 Figura 3 11 local dos termopares de entrada e de sa da do fluido ececceceeeeeeeenees 41 Figura 3 15 Piso flutuante 7 MM cccceec cence ence ence ence ene rre racer e EEEE EEEE 43 Figura 3 16 Medi es no piso flutuante14 mm ecece eee ee eect eee ee eee eee eee eeeeesenees 43 Figura 3 17 Geometria final das pe as de CEramica cecececeecncececececeeeeeeeeeneneneeeenes 45 Figura 3 18 Aplica o do cimento cola sssssssssssesessesseseesssssseceessssseeeessssssseeeessese 46 Figura 3 19 Processo de aplica o da cer mica no Provete cecececececec eee enceeeeeeeees 46 XV Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie xvi Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie Lista de Tabelas Tabela 3 1 Caracter sticas t cnicas do isolante t rmico da marca Iberfibran XPS FibranECO Manual T cnico Iberfibran 2009 ccccccecescencenceeseeceeceeceeeeseseensensensensensenges 32 Tabela 3 2 limites da temperatura de opera o dos quatro mais comuns tipos de termopares Omega Engineering Inc 2010
57. eitos s o muitas vezes imprevis veis durante a fase de projecto Bozkir e Canbazoglu 2004 utilizaram o ar quente como fonte de aquecimento do piso radiante num estudo que resultou da an lise de um modelo matem tico e de um modelo experimental A climatiza o de uma habita o pode ser obtida com recurso a diversos sistemas Tanto para arrefecimento como para aquecimento as fontes podem ser diversas Baskin 2005 fez uma an lise da utiliza o de varios sistemas num edif cio de habita o estudando os individualmente e em coopera o Para o aquecimento este autor fez uma compara o entre um piso radiante hidr ulico e um sistema hidr ulico de ar for ado Para estes dois casos o aquecimento do ar interior teve um comportamento muito equivalente sem muitas varia es Sattari e Farhanieh 2006 desenvolveram uma simula o de um sistema t pico de piso radiante para avaliar os efeitos dos par metros de design e do seu desempenho utilizando o m todo dos elementos finitos Atrav s deste estudo foi conclu do que o di metro do tubo e o material de que feito n o tem influ ncia na distribui o da temperatura ambiente No entanto tanto a espessura como o material do revestimento superficial demonstrou ter uma grande influ ncia na distribui o de temperatura Por fim com o aumento do n mero de tubos o tempo de aquecimento diminuiu Foi demonstrado que a radia o o mecanismo mais importante neste tipo de s
58. em insufla o de ar e a velocidade deste reduzida Devido a este mesmo factor tamb m o conforto dos ocupantes vai ser melhorado sem que haja o ar a soprar nos ocupantes e sem que exista um ru do dessa insufla o e Como n o existe material vis vel a mob lia do quarto ou sala pode ser livremente movimentada sem afectar o sistema de aquecimento Quer a escolha recaia sobre os pain is de parede ch o ou no teto eles s o aquecidos de tr s formas tubos de gua elementos el ctricos ou canais de ar embutidos no painel Destes os canais de ar s o os menos utilizados deixando relev ncia para os sistemas el ctricos e hidr ulico RPA Radiant Panel Association 2010 e Watson e Chpman 2002 A escolha deve no final cair sobre os custos da energia e o tamanho do projecto RPA Radiant Panel Association 2010 2 3 3 Piso radiante a ar quente O piso de aquecimento radiante por ar quente envolve a produ o de ar quente e a sua distribui o atrav s das condutas inseridas no piso radiante A transfer ncia de calor feita atrav s das condutas localizadas no piso de bet o ou laje figura 2 15 este pode ser para aquecimento ou arrefecimento O sistema pode ser em circuito fechado ou pode passar por fornecer um suplemento ao ar ambiente for ando a sua circula o pelas condutas Sistemas como este t m sido desenvolvidos para diferentes tipos de constru o utilizando o piso o teto ou ambos Watson e Chpman 2002
59. entos na superficie miss o de evitar a passagem de humidade para a superficie Watson e Chpman 2002 revelam que a press o nominal no piso para aquecimento definida pela norma ANSI NFS 14 Figura 2 18 Barreira anti vapor Standard hidr ulica S A U 2010 Para conseguir a transfer ncia de calor eficaz para um bom sistema operacional as escolhas poss veis de revestimento do piso s o limitadas figura 2 19 A melhor op o para revestimentos de pavimentos sobre uma laje radiante uma superf cie de baixa resist ncia t rmica e n o carpete Lavere 2009 O desempenho do piso radiante hidr ulico afectado pela sobreposi o de qualquer tipo de material que altere a transfer ncia de calor como o exemplo de carpetes m veis paredes etc o que afecta a taxa de calor transferida para o espa o condicionado Watson e Chpman 2002 Figura 2 19 Exemplo t pico de uma instala o tubular de um piso radiante hidr ulico Lavere 2009 O projecto como ilustra a figura 2 20 requer um estudo pr vio de todos os factores e uma execu o fiel das necessidades de material e instala es do isolamento envolvente Lavere 2009 27 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie Figura 2 20 Instala o do piso radiante num edif cio Solarconnect 2010 O aquecimento por piso radiante hidraulico baseia se num circuito de tubos embutidos na argamassa
60. erentes tipos de acabamento e as suas implica es No cap tulo 3 apresenta se uma descri o do trabalho experimental realizado Inicia se com a descri o do material utilizado e a constru o do provete seguido da aplica o dos diferentes pisos piso flutuante sint tico de 7mm e de madeira de 14mm e piso cer mico e diferentes espessuras de isolamento feltro de polietileno de 1 e 3 mm no caso de piso flutuante sint tico Por fim descreve se a metodologia dos ensaios realizados O cap tulo 4 trata os resultados experimentais de forma a comparar o desempenho dos diferentes pisos e diferentes espessuras de isolamento no caso do piso flutuante Ap s a compara o dos resultados realiza se ainda a discuss o destes No cap tulo 5 exp em se as conclus es retiradas neste estudo recordam se os objectivos fazendo se uma reflex o do trabalho e apresentam se sugest es para trabalhos futuros Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie 2 Piso Radiante Todos os anos s o constru das ou remodeladas centenas de habita es e grande parte necessita da instala o de um sistema que proporcione conforto t rmico Watson e Chpman 2002 Os pain is de aquecimento radiante s o usados com o intuito de resolver este problema seja em espa os comerciais residenciais ou industriais Watson e Chpman 2002 Cada tipo de painel aplicado segundo o fim a que se desti
61. gua no banho t rmico figura3 10 Ao mesmo tempo foram colocados os termopares de entrada e sa da correspondentes entrada e sa da da gua do provete figura 3 11 Entrada Figura 3 10 Liga es entre o interior e o exterior do piso Termopares 1B 2 2B 2C e tubo Local dos termopares Entrada e Sa da Figura 3 11 local dos termopares de entrada e de sa da do fluido 41 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie 3 4 Procedimentos de execu o do revestimento em piso flutuante 3 4 1 Selec o dos materiais para execu o do revestimento em piso flutuante Para a execu o do revestimento de piso flutuante foram seleccionados os seguintes materiais e Piso flutuante laminado sint tico com espessura m dia 7 mm do tipo AC3 e Piso flutuante de madeira com espessura m dia de 14 mm com uma rea superficial de 150x1200mm e Feltro de polietileno com duas espessuras de 3 mm e de 1 mm e Termopares tipo T e Fita cola de alum nio 3 4 2 Procedimentos de execu o do piso flutuante Previamente execu o do pavimento flutuante 7 ou 14 mm foi verificada a esquadria as dimens es da base a ser revestida e a localiza o exacta dos termopares procurando se obter o melhor posicionamento com o menor n mero de cortes poss vel e tentando sempre evitar o posicionamento dos termopares numa junta ou uni o O feltro d
62. ial s lido l quido ou gasoso usado o termo condu o para referir a transfer ncia de calor que ocorre atrav s do material O calor fluir da regi o com temperatura mais alta para a de temperatura mais baixa Kreith e Bohn 2003 A taxa de calor transferido por condu o qk proporcional ao gradiente de temperatura dT dx multiplicado pela rea A atrav s da qual o calor transferido Nesta rela o dT corresponde temperatura local e x a dist ncia na direc o do fluxo de calor A taxa real do fluxo de calor depende da condutibilidade t rmica k do material Para um meio homog neo temos ent o 2 1 Lei de Fourier Kreith e Bohn 2003 A condutibilidade t rmica definida pela lei de condu o de Fourier que indica a quantidade de calor que fluir por unidade de tempo atrav s de uma unidade de rea quando o gradiente de temperatura for unit rio Kreith e Bohn 2003 No sistema SI qu expresso em W watts A em m metros quadrados dT em O K Kelvin x em m metros e k em W m K watts por metro e grau Kelvin Por seu lado no sistema ingl s ainda muito utilizado pelos engenheiros a taxa de calor qk expressa em BTU h British Thermal Unity por hora e k em BTU h ft F British Thermal Unity por hora p s graus Fahrenheit Kreith e Bohn 2003 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie 2 1 2 Convec o A
63. imento e a superf cie do piso Rsuperior Rc Rp c kd Rp onde o Rp resist ncia t rmica do painel superior o Rpc resist ncia t rmica na entre o tubo e o painel superior por unidade de espa o o Rc resist ncia t rmica da parede do tubo por unidade de espa o e Roobertura resist ncia t rmica do revestimento superficial do piso de vinil tapete etc e Rinferor resist ncia t rmica total entre o elemento de aquecimento ou de arrefecimento e a parte de tr s do piso radiante e Regif cio resist ncia t rmica total do elemento de constru o teto piso etc parte inferior do painel e Rradia o resist ncia t rmica de transfer ncia de calor da radia o Reonvec o a resist ncia t rmica de convec o Para Laouadi 2004 os sistemas de piso radiante para aquecimento ou para arrefecimento consistem em tubos ou elementos de resist ncia de aquecimento embutidos no bet o ou argamassa cobertos por uma superf cie que pode ser composta de v rios materiais tais como cer mica ou madeira figura 2 4 12 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie Radia o para a envolv ncia Convec o para o ar adjacente Condu o para o solo Figura 2 4 Composi o do piso radiante Laouadi 2004 A incorpora o do sistema tubular dentro da argamassa tem diversos padr es que podem depender da estrutura ou do modo de transfer ncia de calor a
64. instala es O custo da instala o inicial do piso el ctrico segundo a marca Warmup 2010 muito mais econ mico devido simples aplica o reduzindo os custos iniciais A instala o do sistema de gua mais morosa que o sistema radiante o el ctrico No entanto a utiliza o de sistemas de piso radiante hidr ulico torna se mais vantajosa se acoplado a este sistema estiver um outro de fontes renov veis como o caso de aquecimento solar energia geot rmica etc O custo inicial para o piso hidr ulico torna se mais elevado mas no entanto torna se mais vantajoso ao longo dos anos de utiliza o pois como n o necessita de elevadas temperaturas pode utilizar gua directamente aquecida de fontes renov veis Nos sistemas de aquecimento por gua quente torna se necess ria uma regular limpeza de res duos dos tubos de forma a minimizar problemas na circula o de gua Os sistemas de aquecimento radiante el ctricos n o possuem partes m veis e n o requerem manuten o al m do desgaste natural dos sistemas de suporte como o caso do term stato 29 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie 3 Prototipo Experimental A constru o deste prot tipo tem como finalidade principal a an lise do comportamento t rmico de diferentes tipos de revestimento da superf cie num piso radiante Pretende se monitorizar a evolu o das temperaturas superficiais
65. ior Esta conclus o pode indicar que a cer mica promove a transfer ncia de calor e o aumento da temperatura superficial Este resultado vai de encontro a estudos j realizados Risue o 2007 concluiu que no caso de materiais de origem mineral como a cer mica ou a m rmore a resposta mais r pida que o caso de revestimentos provenientes de materiais como a madeira ou tecido por ter uma menor resist ncia t rmica Tamb m Mingging et al 2007 com a an lise de dois tipos de revestimento madeira e cer mica verificou o mesmo a cer mica proporciona uma melhor transfer ncia de calor para o ar interior Neste estudo verificou se que o aumento da temperatura do banho t rmico implica o aumento do tempo de estabiliza o da Tsup Conclui se ainda que a Tamb um factor importante na considera o da temperatura do banho a utilizar e na determina o do tempo necess rio para atingir a Tsup pretendida Da an lise da presta o dos revestimentos flutuantes conclui se que quanto maior a temperatura do banho t rmico menor a diferen a de resultados entre eles Ou seja diminui a influ ncia da espessura do feltro e do revestimento flutuante A diferen a da resist ncia t rmica dos revestimentos flutuantes para temperaturas de banho t rmico mais elevadas n o vis vel Neste estudo conclui se que o aumento da temperatura do banho t rmico permite uma maior dissipa o de energia o que pode ser explicado pelo aumento
66. ispon veis foram lidos seguindo uma ordem espec fica e invari vel come ando nos termopares da superf cie e descendo de n vel deixando para ltimo a temperatura de sa da ordem de leitura 5A 5B 5C 4A 4B 4C 3A 3B 3C 2A 2B 2C TUBO 1B ENTRADA SA DA Desta forma tem se o m nimo espa o temporal poss vel entre cada medi o Por estar apenas dispon vel um term metro digital de leitura nica e tempo de leitura de cada termopar leva perto de um minuto n o era poss vel realizar leituras num espa o temporal mais reduzido Ao longo do teste foram registadas altera es da temperatura de bolbo seco e h mido O teste s finalizava quando o piso atingia uma temperatura est vel os valores registados come avam a ficar inalterados ou com ligeiras altera es as quais justificavam que a temperatura interna e superficial do piso estava est vel O tempo para estabilizar cada teste podia variar de tr s a quatro horas Dado como finalizado o teste o piso ficava a libertar calor at ao pr ximo ensaio Nos ensaios seguintes variou se apenas a temperatura de aquecimento do piso O per odo de testes para cada varia o de revestimento superficial foi longo pois era necess rio realizar um teste para cada temperatura no final do teste era necess rio voltar temperatura inicial em todos os pontos de leitura Para n o criar condensa es e choques t rmicos o piso era deixado a libertar a temperatura
67. istema e que deve se ter especial aten o espessura e ao tipo de revestimento superficial para proporcionar uma excelente transmiss o de calor por radia o Para Scheatzle 2006 al m de uma an lise computacional os sistemas de piso radiante devem ter uma an lise em ambientes mais parecidos com o uso dom stico para se ter uma verdadeira percep o da sua actua o Scheatzle 2006 monitorizou uma habita o constru da especificamente para realizar experi ncias nos diversos tipos de sistemas de ar condicionado Este trabalho foi realizado entre os anos 2000 a 2004 Durante este tempo foram realizadas diversas melhorias no desempenho Foi poss vel monitorizar os dados para a esta o fria e para a esta o quente tendo em conta os crit rios padr o ASHRAE para um conforto t rmico Foi demonstrado que o Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie sistema de piso radiante pode ser combinado com outros sistemas desumifica o ventila o e armazenamento t rmico Mingging et al 2007 desenvolveu um estudo de um sistema de aquecimento por piso radiante el ctrico com a diferen a de usar lajes de argamassa preta de carbono CBMS como resist ncias de aquecimento Este material possibilitou um aumento de 10 C na temperatura interior em 330 minutos em que a distribui o da temperatura em rela o altura foi uniforme Karadag e Akg bek 200
68. itis e Chen 2000 a grande capacidade t rmica dessa camada contribui para a uniformiza o da temperatura sobre toda a superf cie do piso Para os autores Sattari e Farhanieh 2006 em vez do aquecimento do ar e da sua difus o por toda a casa o calor do piso radiante aquece todos os objectos com que se encontra em contacto e tamb m os ocupantes da habita o Assim menos energia necess ria para a transfer ncia de calor directamente aos ocupantes ao inv s de encher a sala inteira com ar aquecido Como j referido o conforto t rmico um factor que melhora em muito a qualidade de vida da a import ncia do estudo de sistemas que permitam obter melhores resultados e assim contribuir para um melhor bem estar humano Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie 1 2 O problema em estudo e a sua relevancia Cada vez mais o homem procura e da mais import ncia a uma melhor qualidade de vida e o conforto um factor crucial na qualidade de vida A procura de melhores solu es uma constante No presente trabalho pretende se contribuir para essa procura analisando qual a melhor solu o e os factores que a proporcionam O presente trabalho trata do estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidr ulico com diferentes tipos de acabamentos Construiu se um provete de 88 0 x 87 9 cm para simular um sistema de piso radiante hidr ulico e fez se variar o
69. local de necessidade e menor perda de calor devido s temperaturas de bolbo seco do ar n o serem superiores ao n vel necess rio para o conforto t rmico dos ocupantes e Baixa necessidade de manuten o nos pain is radiantes e N o necessita de realizar filtragem do ar como nos sistemas de ar for ado e O espa o utilizado pelo equipamento faz parte da estrutura ficando invis vel no piso ou paredes e N o tem equipamentos mec nicos no espa o til e A instala o do equipamento n o restringida pelo espa o ocupado pois pode ser moldado e adaptado a cada situa o e Possibilidade de aquecimento e arrefecimento hidr ulico independente com o uso de um sistema de quatro passagens o aquecimento independente do arrefecimento e n o necessita de grandes altera es para passar de aquecimento para arrefecimento e Flexibilidade de particionar o sistema obtendo diferentes temperaturas entre divis es e O ru do m nimo em compara o a sistemas similares de ventila o mec nica e Redu o do pico de carga devido ao armazenamento da energia de massa t rmica nas estrutura e objectos circundantes mobili rio paredes etc 18 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie e Proporciona um ambiente confort vel dado que n o existe varia es de temperatura dentro da mesma habita o ou estrutura onde existe este sistema e Aus ncia de riscos d
70. lu o apresenta se rent vel na medida de possibilitar uma diminui o do tempo de aquecimento do piso No entanto o piso radiante hidr ulico destina se a diversas aplica es e n o s ao uso dom stico assim consoante a aplica o esta solu o pode ser a mais eficiente Os revestimentos de piso flutuante atingem no m ximo 27 C para este banho t rmico existe uma perda de cerca de 8 C com a aplica o destes 58 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie Tabela 4 3 Resultados experimentais para a temperatura de refer ncia de 350C Tempo 0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 min Sem revestimento superficial Tamb 20 4 C Tsup C 19 9 23 0 25 5 27 5 28 5 29 1 29 5 29 8 29 9 30 0 30 0 30 1 30 1 DT C 0 5 2 6 5 1 7 1 8 1 8 7 9 1 9 4 9 5 9 6 9 6 9 7 9 7 Entrada 19 8 34 5 34 7 34 6 34 7 34 7 34 7 34 7 34 7 34 7 34 7 34 7 34 7 Flutuante de 7 mm e feltro de polietileno de 1 mm Tamb 19 8 C Tsup C 19 8 20 6 22 6 24 3 25 1 25 7 26 2 26 5 26 7 26 9 27 0 27 0 27 1 DT C 0 0 0 8 2 8 4 5 5 3 5 9 6 4 6 7 6 9 7 1 7 2 7 2 7 3 Entrada 19 9 34 7 34 7 34 8 34 7 34 7 34 7 34 7 34 7 34 7 34 7 34 7 34 8 Flutuante de 7 mm e feltro de polietileno de 3 mm Tamb 19 5 C Tsup C 19
71. m piso radiante usando um prot tipo em que o piso ocupa toda a divis o 68 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie 6 Refer ncias Bibliograficas ASHRAE ASHRAE Handbook Fundamentals Atlanta GA 1997 Athienitis A K e Chen Y The Effect of Solar Radiation on Dynamic Thermal Performance of Floor Heating Systems Elsevier 25 de Janeiro 2000 Baskin Evelyn Evaluation of Hydronic Forced Air and Radiant Siab Heating and Cooling Systems ASHRAE Transactions Symposia pp 525 534 2005 Bozkir O Canbazoglu S Unsteady thermal performance analysis of a room with serial and parallel duct radiant floor heating system using hot airflow Energie and Buildings Elsevier 10 de Janeiro 2004 Chen Y e Athienitis A K A 3 D numerical investigation of the effect of cover materials on heat transfer in floor heating systems ASHRAE Transactions 104 2 pp 1350 1355 1998 Ho S Y Hayes R E e Wood R K Simulation of the dynamic behaviour of a hydronic floor heating system Departamento de Engenharia Quimica da Universidade de Alberta Edmonton Alberta T6G 2G6 Canada Heat Recovery Systems amp CHP Vol 15 No 6 pp 505 519 Perglunon Elsevier Science Lid 1994 Incropera Frank P DeWitt David P Fundamentos de Transfer ncia de Calor e Massa School of Mechanical Engineering Purdue University tradu o de Sergio Stamile Soares Rio de Janeiro L
72. mica estimado em 0 23 W m C e espessura m dia de 14 mm assente sobre uma subcamada de feltro em polietileno com massa vol mica aparente seca de aproximadamente 120 kg m coeficiente de condutibilidade t rmica estimado em 0 050 W m C e espessura m dia de 3 mm A resist ncia t rmica m dia estimada para o conjunto do pavimento madeira e feltro de aproximadamente 0 121 m 2 C W 3 5 Procedimentos de execu o do revestimento em piso cer mico 3 5 1 Selec o dos materiais para execu o do revestimento em piso cer mico Para a execu o do revestimento de piso foram seleccionados os seguintes materiais e Ladrilhos cer micos com rea superficial de 450 x 450 mm e espessura m dia de 7 mm e Argamassa de assentamento de produ o industrial correntemente designada de cimento cola e Termopares tipo T 44 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie 3 5 2 Procedimentos de execu o do piso cer mico Previamente execu o do pavimento foram verificadas a esquadria as dimens es da base a ser revestida e a localiza o exacta dos termopares procurando se obter o melhor posicionamento com o menor n mero de cortes poss vel Em consequ ncia duas das pe as cer micas foram cortadas sensivelmente em duas partes iguais com recurso a uma serra el ctrica com disco de corte diamantado A geometria final das pe as cer micas ilus
73. mico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie 4 1 Curvas de funcionamento 4 1 1 Ensaios a 25 C Temperatura imposta no banho t rmico de 25 C 4 0 3 0 2 0 _ A 150 165 180 Diferen a de Temperatura DT Tempo min Sem Cobertura PF 7 1 PF 7 3 O PF 14 3 1 PC 7 4 Gr fico 4 1 Curvas de funcionamento diferen a de Temperatura Tempo com o banho t rmico a uma temperatura de 25 C No grafico 4 1 verifica se que nos ensaios a diferenca de temperatura tem uma subida entre 2 e 3 C A excep o do revestimento PF 7 3 todos os ensaios apresentam valores iniciais de DT negativos Os casos particulares do PC 7 4 e do PF 14 3 s o mais not rios o que fruto de uma Tamb mais elevada A evolu o da DT ao longo do tempo segue trajectos muito semelhantes estando est veis a partir dos 120 minutos Os revestimentos que se aproximam entre si nos valores de DT ao longo do tempo podem ser divididos em dois grupos O primeiro grupo constitu do pelas configura es Sem cobertura PF 7 1 e PF 7 3 apresenta um DT in cial pr ximo de zero ou seja os ensaios foram realizados com Tamb pr xima da temperatura inicial do provete O segundo grupo PF 14 3 e PC 7 4 reflete uma Tamb Superior temperatura inicial do provete 51 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie Atra
74. n Kirby S Radiante Heating and Cooling Handbook McGraw Hill Handbooks United States of America 2002 Zaheer uddin M Zhang Z L Cho S H Augmented control strategies for radiant floor heating systems International Journal of Energy Research pp 79 92 2002 70 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie Endere os Electr nicos Cabhilt Pavimento Radiante El ctrico in www cabhilt com acedido a 13 02 2010 Asturcantabro Instalaciones Calefacci n por suelo radiante Un sistema econ mico y confortable Asturcantabro Instalaciones in www asturcantabro es acedido a 15 09 2010 DEVI Elevado e inteligente conforto Sistemas de aquecimento por piso radiante Manual t cnico in www devi com acedido a 03 03 2010 Donoso Jos Pedro Transfer ncia de calor por radia o Instituto de F sica de S o Carlos Universidade de S o Paulo in www ifsc usp br acedido a 20 04 2010 Heliflex Tabela de pre os in www heliflex pt acedido a 2 12 2009 Manual T cnico IberFibran Aplica o de poliestireno extrudido na envolvente dos edif cios in www iberfibran pt acedido a 2 12 2009 Omega Engineering Inc Thermocouples An Introduction in www omega com acedido a 16 04 2010 Piso Radiante Piso Radiante el ctrico in www pisoradiante org acedido a 10 03 2010 Polisol Electricidade e Energia Solar Lda Tipos de piso radiante in w
75. na e o local onde vai ser aplicado Tubos hidr ulicos cabos el ctricos ou tapetes s o usados para produzir calor a partir do piso onde instalado Watson e Chpman 2002 Para Watson e Chpman 2002 o aquecimento radiante determinado pela quantidade de energia calor fica resultante e n o pela quantidade de energia consumida Os pain is radiantes hidr ulicos podem receber o fluido a partir de praticamente qualquer fonte projectada para o aquecimento de gua como bombas de calor caldeiras combinados de aquecimento por fontes de energia renov vel Os pain is radiantes t m boas presta es de conforto t rmico e conserva o da energia t rmica dos edif cios Os propriet rios das habita es acabam por optar por um sistema de aquecimento tradicional mas infelizmente na maioria dos casos devido a diversos factores o conforto obtido n o corresponde ao esperado 2 1 Painel radiante Um painel de aquecimento radiante normalmente uma superf cie plana que se define como uma superf cie a partir da qual a transfer ncia de energia no m nimo 50 na forma de radia o A restante energia na superf cie do painel transferida por convec o Kreith e Bohn 2003 Segundo Kreith e Bohn 2003 est o inclu dos nos pain is radiantes os pain is embutidos na parede ou vis veis que podem abranger uma grande ou pequena superf cie de qualquer parede piso ou teto Os pain is s o unidades montadas na superf cie ou inco
76. nor resist ncia t rmica como a cer mica ou m rmore a resposta mais r pida do que no caso de revestimentos provenientes de materiais com menor resist ncia t rmica como a madeira ou tecido Risue o 2007 A temperatura da superf cie pode n o ser uniforme devido a factores de projecto de espa amento de tubula o insuficiente capacidade de aquecimento ou t o simples o efeito da radia o solar que em certos momentos pode aumentar a temperatura pontualmente 2 2 3 Calor necess rio Para Risue o 2007 este sistema promove uma reparti o do calor por toda a superf cie do piso com uma quantidade agrad vel e confort vel Pelo facto de n o existir grandes perdas 19 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie de calor por eleva o pois o calor directamente direccionado para onde ele mais necess rio ou seja para os ocupantes a produ o de calor est em funcionamento menos tempo para produzir o mesmo tipo de conforto que os restantes m todos de aquecimento Assim as maiores vantagens s o o conforto e o consumo j que produzido menos calor para conseguir obter o mesmo ou melhor conforto t rmico Risue o 2007 Os novos edif cios devem considerar o piso radiante na sua concep o em termos de conforto consumo e aquecimento pois s com uma rela o de vantagens e desvantagens da sua aplica o em rela o com outras q
77. nte sobre subcamada de feltro em polietileno de 2 mm de espessura sem cola 44 3 5 Procedimentos de execu o do revestimento em piso cer mico 44 3 5 1 Selec o dos materiais para execu o do revestimento em piso cer mico 44 3 5 2 Procedimentos de execu o do piso cer mico 45 3 5 3 Revestimento de piso cer mico de 7 mm de espessura assente sobre subcamada de cimento cola com espessura m dia de 4 mm 47 3 6 Metodologia experimental dos ensaios 47 4 Ensaios Experimentais e Discuss o 49 4 1 Curvas de funcionamento 51 4 1 1 Ensaios a 25 C 51 4 1 2 Ensaios a 30 C 54 4 1 3 Ensaios a 35 C 57 xi Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie 4 1 4 Ensaios a 40 C 4 1 5 Ensaios a 45 C 4 2 Comentarios adicionais 5 Conclus es e recomenda es para trabalho futuro 5 1 Conclus es 5 2 Recomenda es para trabalho futuro 6 Refer ncias Bibliogr ficas 60 63 66 67 67 68 69 xii Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie xiii Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie Lista de Figuras Figura 2 1 Espectro da radia o electromagn tica Incropera e DeWitt 1998 10 Figura 2 2 Gradiente t rmico proporcionado pelo piso radiante Standard hidr ulica S A U ZOU cc salasanas penses va can
78. o da prepara o e aplica o da argamassa A mistura dos componentes da argamassa amassadura foi feita Laborat rio de Tecnologia e ensaios Mec nicos do Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura DECA da UBI com o recurso a uma betoneira misturadora de eixo vertical que se ilustra na figura 3 7 38 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie Figura 3 7 Betoneira misturadora utilizada para a produ o da argamassa Uma vez obtida uma mistura com a consist ncia e fluidez necessaria para aplicar na cofragem fez se o transporte da argamassa por meio de baldes para o local de execucao do pavimento Com a ajuda de uma colher de pedreiro e uma talocha fez se uma aplica o cuidada para nao cortar ou inviabilizar nenhum termopar aplicado O acabamento foi efectuado com uma r gua de madeira lisa e desempenada conferindo superf cie um aspecto plano e devidamente preparado para receber as diferentes formas de revestimento superficial conforme se ilustra na figura 3 8 Figura 3 8 Aplica o da argamassa 39 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie Depois de seca a argamassa foram colocados tr s termopares do tipo K sobre a superficie tal com exemplifica a figura 3 12 Com o auxilio de fita cola de alum nio fixado um termopar por cada zona e devidamente etiquetado e referenciado com 3A
79. o de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie hidr ulico Segundo a marca Warmup 2010 apresenta vantagens em rela o ao seu mais pr ximo concorrente comercial o piso radiante hidr ulico mas tendo em conta todos os autores antes referidos pode se contrapor e revelar pontos fortes A Warmup 2010 defende que a efici ncia energ tica do sistema el ctrico por ter a instala o separada por cada divis o o que possibilita controlar os locais onde se deseja que seja aquecido leva a um menor gasto energ tico Os sistemas el ctricos t m uma mais r pida resposta de aquecimento o que diminui a necessidade de pr aquecimento consumindo energia el ctrica para iniciar o aquecimento durante menos tempo O consumo cont nuo apenas durante o per odo de utiliza o Em contrapartida os sistemas hidr ulicos necessitam de um maior tempo de pr aquecimento para atingir a temperatura desejada Por outro lado o piso radiante hidr ulico consegue superar esta desvantagem com a utiliza o de sistemas de v lvulas de controlo de caudal ou misturadores de gua que conseguem adequar a temperatura da gua canalizada a cada necessidade e a cada divis o O piso radiante hidr ulico necessita de acomodar a tubagem da gua que resulta na necessidade de subir os pavimentos em pelo menos 5 cm No caso do piso el ctrico este n o necessita de mais de 3 cm ou seja as altera es estruturais s o menores nestas
80. objectos que se encontram no espa o aquecido Segundo Risue o 2007 o calor sobe por convec o natural e medida que o ar ascende a temperatura vai diminuindo aquecendo uma altura equivalente altura m xima dos utilizadores O aquecimento proporciona condi es de conforto para uma altura de 1 8 a 2 metros Num espa o de grandes dimens es os sistemas de aquecimento por radiadores s o praticamente imposs veis de colocar pr ximos de todos os utilizadores por falta de espa o f sico Por sua vez os sistemas de ar quente dependem do volume total da sala e a instala o tende a ficar complexa para chegar a todos os O ar quente ventilado uma boa op o mas a velocidade do ar pode tornar se incomodativa Risueno 2007 A figura 2 2 ilustra a compara o entre a curva ideal de distribui o da temperatura no compartimento e aquela obtida com diferentes sistemas de climatiza o aquecimento oc 16 20 24 16 20 24 16 20 24 10 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie Aquecimento por Aquecimento ideal Aquecimento por piso radiante radiadores Existe uma Distribui o de A temperatura mais proximidade na calor ideal com a alta na parte superior distribui o de temperatura mais e mais baixa na parte calor entre o piso baixa na parte inferior um sistema radiante e a solu o superior Uma contr rio ao sistema ideal
81. ol mica 6 1050 kg m e Areia do Rio de gr o interm dio a areia dispon vel apresenta algum d fice de finos com massa vol mica 6 2610 kg m e baridade B 1380 kg m e Fibras T xteis da Fivitex com massa vol mica 6 910 kg m Estas fibras s o adicionadas mistura j calculada na dosagem de 3 kg m de argamassa e gua pot vel 37 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie 3 2 1 3 3 Par metros de c lculo da argamassa bastarda de cimento cal e areia Os par metros adoptados para o c lculo da argamassa foram os seguintes e Raz o W C 0 35 em massa e Tra o em volume aparente e para materiais secos 1 0 5 3 e Volume de vazios 0 030 m m de argamassa 3 2 1 3 4 Dosagem da argamassa para 1 m Do c lculo efectuado resultou a seguinte dosagem em massa materiais secos para produzir 1m de argamassa e Cimento CEM II B L32 5N 445 4 kg e Cal hidr ulica NHL 5 117 1 kg e ViscoCrete 3002 HE 5 79 kg e Areia do rio 1617 7 kg e gua 155 9 litros e Fibras Fivitex 3 kg Para a execu o do piso radiante produziu se em laborat rio uma amassadura de 25 litros de argamassa As propor es utilizadas foram as seguintes e Cimento CEM II B L32 5N 11 14 kg e Cal hidraulica NHL 5 2 93 kg e ViscoCrete 3002 HE 0 145 kg e Areia do rio 40 44 kg e Agua 3 90 litros e Fibras Fivitex 0 075 kg 3 2 1 3 5 Procediment
82. os materiais para execu o do ramal da tubagem e da implanta o dos termopares 33 3 2 1 2 Aplica o do ramal e termopares 34 3 2 1 3 Descri o da argamassa 37 3 2 1 3 1 Requisitos funcionais 37 3 2 1 3 2 Materiais seleccionados 37 3 2 1 3 3 Par metros de c lculo da argamassa bastarda de cimento cal e areia 38 3 2 1 3 4 Dosagem da argamassa para 1 m 38 3 2 1 3 5 Procedimento da prepara o e aplica o da argamassa 38 3 2 1 3 6 Camada de base em argamassa bastarda de cimento cal hidr ulica e areia 40 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie 3 3 Procedimentos para conectar o provete ao banho t rmico 40 3 3 1 Procedimentos para a conex o do provete ao banho t rmico 41 3 4 Procedimentos de execu o do revestimento em piso flutuante 42 3 4 1 Selec o dos materiais para execu o do revestimento em piso flutuante 42 3 4 2 Procedimentos de execu o do piso flutuante 42 3 4 3 Descri o sum ria do piso flutuante 43 3 4 3 1 Revestimento de piso com pavimento flutuante laminado de 7 mm de espessura assente sobre subcamada de feltro em polietileno de 1 mm de espessura sem cola 43 3 4 3 2 Revestimento de piso com pavimento flutuante laminado de 7 mm de espessura assente sobre subcamada de feltro em polietileno de 3 mm de espessura sem cola 44 3 4 3 3 Revestimento de piso com pavimento flutuante de madeira maci a densa de 14 mm de espessura asse
83. ou directamente intervenientes que contribu ram para a realiza o deste projecto e na busca dos meus ideais O meu sincero bem haja iii Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie Resumo Nesta disserta o pretendeu se estudar o desempenho t rmico de um piso radiante hidr ulico com diferentes acabamentos Construiu se um provete de um sistema de piso radiante hidr ulico em que se fez variar o tipo de acabamento Estudaram se quatro tipos de revestimento superficial o piso flutuante sint tico de 7 mm de espessura assente num feltro de 1 mm o piso flutuante sint tico de 7 mm de espessura assente num feltro de 3 mm de espessura um piso flutuante de madeira com 14 mm de espessura assente num feltro com 3 mm de espessura e o piso cer mico com 7 mm de espessura assente em cimento cola com 4 mm de espessura Na realiza o dos testes recolheram se as temperaturas registadas em todas as camadas do piso radiante hidr ulico O estudo foi realizado em regime transit rio fazendo se variar a temperatura do banho t rmico de 20 a 45 C com intervalos de 5 C A dura o de cada ensaio estende se at estabiliza o das temperaturas o registo das temperaturas foi feito com intervalos de 15 minutos Analisou se os diferentes revestimentos e foi verificado q
84. p blicas incluindo um restaurante com salas de jantar uma sala grande uma sala de estar gin sio sal o de jogos trio salas de reuni es sal o de festas infant rio piscina etc As reas de servi o que incluem uma lavandaria cozinha v rios escrit rios armazenamento de vinhos sala el ctrica sala de equipamentos telef nicos e casa das m quinas Um hotel representa um microcosmo de uma cidade com v rios servi os para atender s necessidades do h spede Os grandes espa os abertos s o ideais porque o piso radiante aquece ao n vel dos ocupantes Segundo Lavere 2009 a implementa o de um sistema de piso radiante tem os seguintes aspectos positivos e O sistema tem uma poupan a energ tica em rela o aos tradicionais sistemas AVAC devido a ser necess ria menos energia el ctrica Como n o s o utilizadas turbinas para transmitir o ar quente para os ocupantes os requisitos do fluxo de ar podem ser reduzidos ao montante necess rio para fins de ventila o Menos ar para movimentar economiza energia e As zonas aquecidas por piso radiante normalmente tem uma configura o t rmica mais baixa gastam menos energia e os ocupantes continuam confort veis devido natureza do calor radiante 22 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie e O sistema devido a sua natureza tem o efeito de n o propagar alergias poeiras ou v rus j que n o t
85. para relacionar com o conforto t rmico afim de poder determinar qual o revestimento da superf cie do piso a utilizar Efectuar se a recolha de dados ao longo de uma evolu o temporal com per odos de 15 minutos que demonstre qual a solu o mais aconselh vel para aplica o e o tempo de resposta resultante na temperatura da superf cie para cada diferente tipo de revestimento superficial 3 1 Material 3 1 1 Material para constru o do provete Para a constru o do provete utilizaram se os seguintes materiais e MDF branco e isolante XPS poliestireno extrudido e Mangueira flex vel sem refor o de di metro externo de 11 mm e Argamassa bastarda de cimento cal e areia e Cola quente e Pistola de cola quente e Feltro de polietileno de 3 e 1 mm de espessura e Piso flutuante laminado AC3 com 7 mm de espessura e Piso flutuante de madeira com 14 mm de espessura e Ladrilhos cer micos 450 x 450 mm com 7mm de espessura e R gua e esquadro e Marcador e Pregos de a o e Bracadeira e Esp tula de dentes e Martelo de borracha e Cimento cola e Berbequim e Serra el ctrica e Fita cola de alum nio 30 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie e Craveira 3 1 2 Material de leitura de dados Para efectuar a leitura dos dados utilizou se o seguinte material e Termopares tipo Ke T e Term metro digital e Cronometro e P
86. plano 2 e 3 tendem a ter valores muito pr ximos n o existindo uma grande varia o no plano vertical Os valores da temperatura de entrada e de sa da do fluido s o sempre muito pr ximos este caso deve se por esta configura o do ramal funcionar como um permutador em contra corrente e o provete ter dimens es inferiores a 1m A recolha dos dados realizou se com a utiliza o de um term metro digital o que levou necessidade de ler as temperaturas uma a uma que criou uma diferen a de tempo entre a recolha da temperatura do primeiro e ltimo termopar Para minimizar erros a sequ ncia da recolha das temperaturas dos termopares foi sempre igual Uma forma de reduzir este erro seria a utiliza o de um term metro electr nico O pico de aumento de temperatura verificado na primeira hora de realiza o de cada ensaio A partir deste ponto para diferentes temperaturas no banho correspondem diferentes fases de ganho de estabilidade na Tsup 66 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie 5 Conclus es e recomenda es para trabalho futuro 5 1 Conclus es Da an lise de todos os gr ficos apresentados no cap tulo 4 conclui se que o revestimento PC 7 4 o que permite obter melhores resultados A utiliza o deste revestimento revelou melhores presta es que no provete sem cobertura isto apesar da resist ncia t rmica do revestimento PC 7 4 ser super
87. rav s de um modelo computacional o calor transferido para o ar ambiente e para as paredes de uma sala 1 4 Objectivos e contribui o da tese O objectivo deste trabalho consiste no estudo do desempenho t rmico de um piso radiante com diferentes tipos de acabamento V o comparar se quatro tipos de revestimento superficial piso flutuante sint tico assente num feltro em polietileno com duas varia es espessura 1 e 3 mm piso flutuante de madeira com feltro em polietileno de espessura 3 mm e piso cer mico assente em cimento cola Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie Com este trabalho pretende se comparar varios tipos de acabamentos de forma a encontrar as melhores solucdes e relacionar os diferentes factores que influenciam o desempenho t rmico 1 5 Vis o geral da organiza o da tese A disserta o constitu da por cinco cap tulos O cap tulo 1 apresenta o tema em estudo o seu enquadramento e desenvolvimento em trabalhos anteriores Refere ainda a import ncia deste estudo os objectivos propostos e contributos que poder vir a trazer O cap tulo 2 compreende uma revis o bibliogr fica refere estudos realizados Neste cap tulo referem se v rios tipos de pisos radiantes dando se maior import ncia ao piso radiante hidr ulico As vantagens e desvantagens limita es e implica es construtivas s o abordadas neste cap tulo tais como os dif
88. revestimento superficial Estudaram se quatro tipos de revestimento superficial nomeadamente piso flutuante sint tico de espessura 7 mm assente sobre um feltro em polietileno com 1 mm de espessura piso flutuante sint tico de espessura 7 mm assente sobre um feltro polietileno com 3 mm de espessura piso flutuante de madeira de espessura 14 mm assente sobre um feltro em polietileno com 3 mm de espessura piso cer mico assente em cimento cola de 7 mm de espessura Al m das varia es do piso tamb m se realizou o estudo do provete sem a aplica o de revestimento da superf cie Os ensaios realizados permitiram comparar o tempo de estabiliza o de cada caso em estudo analisar a temperatura m xima atingida a oscila o entre a temperatura inicial e a m xima e concluir sobre a temperatura do banho t rmico que apresenta melhores resultados Pretendeu se assim comparar e encontrar uma rela o entre os diferentes casos em estudo 1 3 Revis o Bibliogr fica Este tema tem sido desenvolvido ao logo do tempo Neste subcap tulo apresenta se uma breve recolha bibliogr fica para permitir o enquadramento do presente estudo em investiga es anteriores J foram desenvolvidos v rios modelos matem ticos para estimar as condi es de instala o e funcionamento dos sistemas de piso radiante de forma a permitir uma melhoria na concep o destes sistemas Em 1994 Ho et al desenvolveram um modelo matem tico bidimensional para simul
89. rporadas que podem ter tubula es de gua quente cabos el ctricos fios e at tapetes Para estes autores Kreith e Bohn 2003 segundo as leis f sicas a emiss o de radia o de uma superf cie independente da orienta o da superf cie mas no entanto a transfer ncia de calor por convec o tem muita import ncia quanto orienta o do painel levando a que a orienta o voltada para baixo tenha diferen as significativas em rela o a um painel Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie voltado para cima Este efeito visivel pela analise do numero de Nusselt Nu obtendo diferentes coeficientes conectivos Kreith e Bohn 2003 Assim a orienta o aliada a uma melhor transfer ncia de calor por convec o leva a um melhorado conforto t rmico A orienta o do sistema um factor importante para atingir o n vel desejado de conforto t rmico dos ocupantes que pode ser determinada por uma combina o de aquecimento convectivo e radiante Kreith e Bohn 2003 A transfer ncia de calor pode ser definida como a transmiss o de energia de uma regi o a outra resultante de uma diferen a de temperatura entre elas Kreith e Bohn 2003 Existem tr s modos de transmiss o de calor distintos condu o radia o e convec o Kreith e Bohn 2003 2 1 1 Condu o Quando existe um gradiente de temperatura num meio que pode ser um mater
90. sicr metro e Banho t rmico 3 2 Constru o do Provete 3 2 1 Procedimentos de execu o do provete Para o provete foi necess rio construir previamente uma cofragem em MDF branco espessura de 10 mm na lateral e 160 mm de espessura na base com as dimens es 890 x 889 x 70 mm O provete constitu do por quatro partes distintas isolante tubagem argamassa e o revestimento superficial 3 2 1 1 Isolante Foi escolhido um isolante XPS Poliestireno extrudido com 3 cm de espessura dispon vel no mercado da marca Iberfibran com a caracter stica de ter ranhuras que facilitam a liga o da argamassa ao XPS As placas de isolante foram dimensionadas para serem acondicionadas dentro da cofragem 1 Pain is de MDF folheados a melamina branca 31 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie Figura 3 1 Pormenor da placa isolante XPS Manual T cnico Iberfibran 2009 As caracteristicas do XPS fornecido pelo fabricante encontram se descritas na tabela 3 1 Embora n o estejam descritas as caracter sticas para a espessura de 3 cm cont m valores de refer ncia para espessuras mais elevadas Tabela 3 1 Caracter sticas t cnicas do isolante t rmico da marca Iberfibran XPS FibranECO Manual T cnico Iberfibran 2009 N PELE EN12667 EN12667 ENB26 EN13501 1 E
91. so de um sistema de tecto radiante de aquecimento Este factor pode ser importante se pensarmos em climas mais frios em que pode haver desconforto t rmico devido a assimetria radiante Do mesmo modo o arrefecimento do piso fica desconfortavel para climas quentes onde a temperatura superficial desceria abaixo do padrao de conforto 68 F 20 C O piso radiante tem uma deteriora o dos materiais acelerada devido as grandes flutua es de temperatura ao longo do dia ou do ano A instala o destes sistemas tem de ser feita com a possibilidade de posteriormente o sistema ser substituido uma vez que a constru o inacess vel um risco Scheatzle 2006 Da an lise de dois tipos de revestimento superficial piso em madeira e em cer mica Mingging et al 2007 verificaram que a cer mica proporciona uma melhor transfer ncia de calor para o ar interior Por seu lado o piso de madeira tem a propriedade de ser um bom acumulador de energia t rmica que se torna importante no momento em que o sistema se encontra desligado Este tipo de material ainda tem de ter uma avalia o acerca de seguran a e do consumo de energia Nas resid ncias o piso radiante ajuda o propriet rio a regular a temperatura mantendo o espa o confort vel Lavere 2009 defende a utiliza o deste sistema para o caso de s tios p blicos como o caso de hot is devido sua necessidade de conforto t rmico e com uma grande capacidade de capital H muitas reas
92. t que todos os pontos de medi o estivessem temperatura de 20 C Com o desenrolar das experi ncias e com o aumento da temperatura ambiente foi necess rio adaptar este valor caso que aconteceu com o revestimento superficial de cer mica que levou necessidade de elevar a temperatura inicial para 25 C O processo de estabiliza o pode ser moroso levando horas at que os diversos pontos de temperatura atingissem valores muito pr ximos da temperatura definida como ponto de partida Este processo foi realizado com a leitura da temperatura no term metro digital at que os valores fossem muito pr ximos dos pretendidos Pode se comentar que este processo pode levar entre uma a quatro horas de espera pelo ajuste da temperatura 47 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie Assim que a temperatura considerada est vel sem grandes oscila es com o decorrer do tempo que se pode dar in cio ao teste e respectivo registo de temperatura numa folha de c lculo EXCEL O in cio de cada teste precedia da leitura da temperatura de bolbo seco e da temperatura de bolbo h mido Seguidamente aumentou se a temperatura no equipamento de banho t rmico para 25 C Este foi considerado o ponto inicial de aquecimento do piso radiante e foi neste momento que se iniciou o temporizador contando espa os temporais de quinze minutos Em cada quinze minutos todos os termopares d
93. ta e sai no lado oposto sem que o fluido de sa da se encontre e troque calor com o fluido de entrada O inconveniente que o calor n o se reparte uniformemente Este tipo de disposi o o sistema adoptado tamb m para o sistema el ctrico pois ao contr rio do hidr ulico que tem varia es de temperatura da gua o sistema el ctrico que fornece ao longo do ramal sempre a mesma quantidade de calor A aplica o do sistema el ctrico tamb m facilitada por este tipo de disposi o do cabo de aquecimento O piso el ctrico est preparado para ser aplicado em rolos como se ilustra na figura 2 6 j com o cabo de aquecimento embutido na esteira j que indiferente o local de entrada e sa da da energia el ctrica figura 2 7 14 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie Figura 2 7 Aplica o de um piso radiante el ctrico DEVI 2010 gt eS Ht Figura 2 8 Tubos em espiral Laouadi 2004 O sistema espiral figura 2 8 consiste em realizar uma espiral com a tubagem Se come ar a espiral pelo exterior at ao interior chega a metade da dist ncia de tubo e depois a aplica o feita no sentido contr rio enrolando do interior at ao exterior mantendo uma dist ncia constante entre tubos desta forma que o tubo de entrada de gua quente est junto ao tubo da sa da do tubo de gua fria que permite uma distribui o mais uniforme Outro
94. tes dependendo da localiza o a que se destina A sua utiliza o deve ser precedida de uma rigorosa avalia o do impacto nos recursos existentes no local de aplica o 2 2 2 1 Vantagens Segundo Risue o 2007 as vantagens proporcionadas pelo piso radiante dependem do modo como destinado o aquecimento para onde e para quem destinado o modo onde e como vai ser usado O piso radiante proporciona vantagens diferentes em rela o ao edif cio em que vai ser usado A sua utiliza o pode ser destinada para vivendas col gios museus campos de futebol centros de est gios escrit rios pavilh es amplos com grande altura do teto etc Risueno 2007 Os grandes espa os com grande altura podem ser aeroportos esta es de metro ou de comboios centros comerciais etc Nestes espa os a utiliza o do piso radiante pode ter um campo de aplica es mais abrangente que qualquer outro tipo de sistema o que pode ser explicado simplesmente por este repartir o calor de uma forma mais uniforme O ar quente tem a tend ncia de subir por convec o natural e o ar frio de descer figura 2 11 Risue o 2007 EN amas att Es IM ul t Pe 0000200000000 4 d Figura 2 11 Aquecimento do ar ambiente numa sala com piso radiante Standard hidr ulica S A U 2010 17 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie Uma das vantagens do
95. trada na figura 3 17 e a localiza o dos termopares segue o mesmo crit rio adoptado para os sistemas anteriores tal como ilustrado na figura 3 7 Figura 3 17 Geometria final das pe as de cer mica O cimento cola cerca de 5 kg foi misturado num balde com recurso a um misturador mec nico adicionando se a gua cerca de 1 2 L at que fosse obtida a homogeneidade e consist ncias pretendidas para a mistura A aplica o das pe as cer micas foi efectuada pelo m todo convencional que consiste em colocar o cimento cola apenas na base de assentamento encontrando se a pe a cer mica limpa e seca aquando da sua aplica o O cimento cola foi espalhado com o lado liso da esp tula de dentes comprimindo a contra a base num ngulo de aproximadamente 45 formando uma camada uniforme De seguida foi usado o lado dentado da esp tula de dentes sobre a camada de argamassa para formar cord es uniformes que facilitassem o nivelamento e a fixa o das pe as cer micas conforme se ilustra na Figura 3 18 45 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie Figura 3 18 Aplica o do cimento cola As pe as cer micas foram colocadas o mais pr ximo poss vel da sua posi o final sobre os cord es de cimento cola ajustando se de seguida o seu posicionamento atrav s de um ligeiro movimento de rota o e transla o Durante a coloca o das pe as os cord
96. ual o piso que apresenta uma temperatura superf cie mais elevada ou baixa para cada uma das varia es da temperatura no banho t rmico Foi verificado que o revestimento cer mico tem um comportamento que o coloca como o melhor revestimento superficial O revestimento cer mico tem resultados que superam o piso radiante sem revestimento Com o aumento da temperatura do banho diminui o tempo de resposta para todos os sistemas e aumenta o tempo de estabiliza o Visto este estudo n o ser realizado numa sala com temperatura ambiente constante a temperatura pelo qual foi estabilizado todo o provete para dar in cio experiencia teve que ser adaptada com o aumento das condi es de temperatura ambiente Palavras chave Desempenho T rmico Conforto T rmico Piso Radiante Hidr ulico Aquecimento Calor Revestimento de Piso Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie vi Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie Abstract This dissertation intended to study the thermal performance of a hydraulic floor heating with different covers in the surface Built up a sample of the hydraulic radiant floor heating system that was varied in the type of covers in the surface We studied four types of covers in the surface the synthetic flooring 7 mm thick Superimposed on a felt with 1 mm synthetic flooring 7
97. ue se ter uma boa e a melhor rela o conforto economia Risueno 2007 O sistema de piso radiante pode utilizar diversas fontes de energia entre elas a energia geot rmica Nestes sistemas de ver o pode se arrefecer o ar e de inverno produzir aquecimento A energia geot rmica tr s fortes vantagens na aplica o do piso radiante O subsolo mant m a temperatura no ver o abaixo da temperatura ambiente e de inverno a temperatura no subsolo superior temperatura no ambiente Com a utiliza o de um sistema como ilustrado na figura 2 12 pode se aproveitar esta fonte renov vel Figura 2 12 Figura esquem tica da aplica o de um piso radiante Rocatherm 2010 2 3 Diferentes tipos de piso radiante O piso radiante tem a fun o de transferir a energia t rmica radiante e convectiva para o ambiente circundante para que este seja considerado confort vel pelos utilizadores Este sistema pode produzir calor ou frio dependendo das necessidades dos ocupantes bastando para isso que o sistema esteja configurado para esse efeito 20 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie 2 3 1 Piso radiante para arrefecimento Laouadi 2004 desenvolveu software bidimensional de simula o do comportamento de um piso radiante para aquecimento e arrefecimento este foi integrado num software de simula o energ tica unidimensional O novo software prev a temperatura de
98. v s da analise do grafico 4 1 todos os revestimentos at atingirem um DT igual a zero nao estao a produzir calor para o ar ambiente mas apenas a aumentar a temperatura interna do piso Para os restantes ensaios em que a Tam esteve pr xima da temperatura inicial do provete 20 C A diferen a de temperatura para as configura es PF 7 1 PF 7 3 e Sem Cobertura tem na primeira hora um aumento de 2 C com um aumento pouco significativo nos minutos seguintes Em suma verifica se que a temperatura ambiente um factor importante para determinar o tempo necess rio para a liberta o de calor Temperatura imposta no banho t rmico de 25 C 22 0 21 0 20 0 Temperatura Superficial Tsup C 19 0 0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 Tempo min Sem Cobertura t PF 7 1 lt PF 7 3 O PF 14 3 lt r PC 7 4 Gr fico 4 2 Curvas de funcionamento Temperatura superficial Tempo com o banho t rmico a uma temperatura de 25 C Analisando o gr fico 4 2 verifica se que ap s os primeiros 120 minutos a Tsup dos diferentes revestimentos de piso fica est vel A resist ncia t rmica mais baixa corresponde ao provete Sem Cobertura era esperado que a Tsup fosse mais elevada para este caso Pela observa o do gr fico o revestimento com maior Tsup final corresponde ao PC 7 4 Este efeito deve se s condi es da Tamb que como j foi referido ser superior temperatura inicial
99. ww polisol pt acedido a 20 02 2010 Pras Alberto Ricardo Formas de Radia o Emissores de Luz in www fisica net acedido a 20 04 2010 Rocatherm Sistemas de aquecimento Aquecimento por piso radiante e piso radiante el ctrico in www rocatherm com br acedido a 15 06 2010 RPA Radiant Panel Association The Basics of Radiant in www radiantpanelassociation org acedido a 25 9 2010 Solarconnect Energia solar Climatiza o e Dom tica Piso radiante in www solarconnect energias com acedido a 15 01 2010 Standard hidr ulica S A U Sistema de calefacci n por Suelo Radiante Manual t cnico e de instala o in www standardhidraulica com acedido a 15 06 2010 71 Estudo do desempenho t rmico de um piso radiante hidraulico com diferentes acabamentos na superficie Warmup Vantagens dos sistemas de aquecimento radiante el ctricos em rela o aos sistemas de gua in www warmup pt acedido a 05 06 2010 72

Estudo do desempenho térmico de um piso radiante

Contents

Download Pdf Manuals

Related Search

Related Contents

Estudo do desempenho t&eacute;rmico de um piso radiante

Contents

Download Pdf Manuals

Related Search

Related Contents

Estudo do desempenho térmico de um piso radiante