Análise da eficiência térmica de um protótipo de radiador radiativo noturno
Engineering and Science
Análise da eficiência térmica de um protótipo de radiador radiativo noturno
Autor Correspondente: Daniel Trento | [email protected]
Palavras-chave: Resfriamento radiativo noturno. Radiador protótipo. Resfriamento passivo. Simulação térmica em CFD.
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Resumo Português:
Este artigo trata do resfriamento radiativo noturno como estratégia de arrefecimento passivo de edificações. Devido à falta de estudos sobre a eficiência de radiadores com esta finalidade, buscou-se caracterizar termicamente um protótipo de radiador a partir de três métodos com o objetivo de prever o seu desempenho térmico: (a) método analítico para quantificar o potencial teórico máximo que o resfriamento radiativo noturno atinge submetido às condições atmosféricas; (b) medição em campo durante funcionamento de um sistema piloto; e (c) método numérico por simulações computacionais em CFD; utilizando os mesmos dados ambientais coletados no experimento. Sob mesmas condições climáticas, os resultados experimentais demonstraram o resfriamento similar ao teórico, ao passo que as simulações conseguiram prever os resultados do sistema experimental. Tanto as simulações computacionais quanto as imagens termográficas mostraram uma acentuada queda de temperatura de entrada com estagnação da temperatura no restante do trajeto interno pelo radiador. Levado isto em consideração, foi simulado um arranjo de canais em paralelo, que resultou em melhoria do desempenho térmico médio noturno de até 9,6%. Além da viabilidade das simulações CFD para determinar o desempenho térmico de possíveis arranjos de radiadores, este estudo concluiu que trajetos do fluido em paralelo resultam em maior resfriamento e eficiência térmica.
Resumo Inglês:
This study focuses on nocturnal radiative cooling as a passive way of cooling buildings. Due to the lack of studies on the radiator’s features that determines its efficiency, the thermal performance of a prototype radiator was characterized according to three methods: (a) the analytical method to quantify the cooling potential of a surface exposed to the local atmospheric conditions; (b) a field experiment with a pilot system; and (c) a CFD numerical method. All methods used the same environmental data collected in the field experiment as input. Experimental results showed similar behavior to the theoretical cooling achieved by the analytical method. Likewise, the simulations’ results allowed the prediction of the thermal behavior of the prototype radiators. Both CFD simulations and thermal images enabled the identification ofa steep decline in temperature in the initial stretch of the prototype radiator and its stagnation in the remaining water path. Thus, a parallel arrangement was simulated for the water channels and improved performance up to 9.6%. Besides showing that theCFD simulations are a viable alternative to determine the arrangement of the radiators, this study concluded that parallel oriented flow could increase the cooling rate and thermal efficiency.
