Desenvolvimento de um sistema de telemetria para monitoramento térmico em casas de vegetação

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Desenvolvimento de uma rede de sensores sem fio aplicada no monitoramento da variabilidade térmica em casas de vegetação

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Vernaculares: a casa de fazenda seridoense do século XIX como exemplo de adaptação ao clima semiárido

The farm’s rural dwellings of creation from the Seridó Potiguar microregion, built in the nineteenth century, became a reference by its vernacular character, i.e. these buildings, besides having recognized relevance to the identity of the region, they are adapted to the conditions of the place in many aspects (economic, cultural, construction, physical, et.) and consist in protective spaces in relation to hostile characteristics of Seridó’s climate. Considering the above premise, the following question arises: What characteristics of the nineteenth century Seridó Potiguar’s cattle farms are crucial for them to be a protective space in relation to the semiarid climate? In order to answer the question, this research aim to identify which particularities of the Seridó’s farmhouses that contribute to adaptability in these buildings to semiarid climate, as protection environments; and contribute to the stock valuation of the architectural heritage concerned. Therefore, procedures were adopted divided into two stages. Were first identified the recurring characteristics in the studied buildings, through typological study performed from existing inventories (DINIZ, 2008; FEIJÓ, 2002; IPHAN, 2012). To define the type it worked up with the concept that merges Durand’s analytical typology that identifies the similarities and differences to classify buildings, having the character of historical survey and architectural documentation, with the definition proposed by Argan (1963) that the type is not defined a priory, but the deduction from a number of illustrative cases which have formal and functional similarity with each other. Then worked up in a sample of five different types with each other, defined by the possibility of access to the interior of the houses, proximity to other copies, good state of conservation and preservation. The contemplated farms were: Pitombeiras, Agenus e Garrotes in Acari’s town, and the municipality of Caicó, Palma and Penedo. The second stage consists of the architectural survey, photographic record, digital three-dimensional modeling (aiming to expand the existing documentation and registration) and thermal monitoring over approximately a representative day in five farmhouses, relating the thermal performance of the houses with their individual characteristics. The selected variables for analysis monitoring are based on the thermal comfort adaptive model (SPAGNOLO and DE DEAR, 2003 apud NEGREIROS, 2010). The characteristics of the houses were analyzed as meeting the passive thermal conditioning strategies recommended by NBR 15220 (ABNT, 2005), for the bioclimatic zone 7 where the municipalities of Caicó and Acari are located. The house’s analysis of the operating temperatures revealed that 90% of the times of day the environments are within the comfort range. The farmhouses, which had a higher degree of compliance with recommended bioclimatic strategies, had the best thermal performance. In environments (usually the kitchen and rooms with low ceiling heights, exposed to west radiation) which still had discomfort hours, the thermal comfort can be reached with air movement approximately 1,0 m/s.

Vernaculares: a casa de fazenda seridoense do século XIX como exemplo de adaptação ao clima semiárido

The farm’s rural dwellings of creation from the Seridó Potiguar microregion, built in the nineteenth century, became a reference by its vernacular character, i.e. these buildings, besides having recognized relevance to the identity of the region, they are adapted to the conditions of the place in many aspects (economic, cultural, construction, physical, et.) and consist in protective spaces in relation to hostile characteristics of Seridó’s climate. Considering the above premise, the following question arises: What characteristics of the nineteenth century Seridó Potiguar’s cattle farms are crucial for them to be a protective space in relation to the semiarid climate? In order to answer the question, this research aim to identify which particularities of the Seridó’s farmhouses that contribute to adaptability in these buildings to semiarid climate, as protection environments; and contribute to the stock valuation of the architectural heritage concerned. Therefore, procedures were adopted divided into two stages. Were first identified the recurring characteristics in the studied buildings, through typological study performed from existing inventories (DINIZ, 2008; FEIJÓ, 2002; IPHAN, 2012). To define the type it worked up with the concept that merges Durand’s analytical typology that identifies the similarities and differences to classify buildings, having the character of historical survey and architectural documentation, with the definition proposed by Argan (1963) that the type is not defined a priory, but the deduction from a number of illustrative cases which have formal and functional similarity with each other. Then worked up in a sample of five different types with each other, defined by the possibility of access to the interior of the houses, proximity to other copies, good state of conservation and preservation. The contemplated farms were: Pitombeiras, Agenus e Garrotes in Acari’s town, and the municipality of Caicó, Palma and Penedo. The second stage consists of the architectural survey, photographic record, digital three-dimensional modeling (aiming to expand the existing documentation and registration) and thermal monitoring over approximately a representative day in five farmhouses, relating the thermal performance of the houses with their individual characteristics. The selected variables for analysis monitoring are based on the thermal comfort adaptive model (SPAGNOLO and DE DEAR, 2003 apud NEGREIROS, 2010). The characteristics of the houses were analyzed as meeting the passive thermal conditioning strategies recommended by NBR 15220 (ABNT, 2005), for the bioclimatic zone 7 where the municipalities of Caicó and Acari are located. The house’s analysis of the operating temperatures revealed that 90% of the times of day the environments are within the comfort range. The farmhouses, which had a higher degree of compliance with recommended bioclimatic strategies, had the best thermal performance. In environments (usually the kitchen and rooms with low ceiling heights, exposed to west radiation) which still had discomfort hours, the thermal comfort can be reached with air movement approximately 1,0 m/s.

Comparação entre resultados experimentais e computacionais do comportamento térmico de um ambiente

O presente trabalho apresenta uma comparação entre resultados computacionais, obtidos através do "software" EnergyPlus e experimentais do comportamento térmico de um ambiente condicionado e não condicionado. Para tanto, monitoraram-se os dados climáticos de radiação, velocidade do vento e temperatura, no período de 11 a 20 de janeiro de 2002 e produziu-se um arquivo climático. Simultaneamente, fez-se a aquisição das temperaturas de uma sala-teste, localizada no terceiro pavimento de um prédio na cidade de Porto Alegre, bem como das salas adjacentes. As temperaturas do ar de insuflamento e de retorno dos condicionadores de ar, localizados na sala-teste, foram medidas durante o dia, em seis dias do período de monitoramento. Mediu-se também a velocidade do ar de retorno e determinou-se a potência sensível de refrigeração. Os ganhos de calor interno da sala também foram medidos e utilizaramse as formulações apresentadas pela ASHRAE, 2001, para determiná-los em relação às pessoas e à infiltração. Tais dados foram declarados ao programa como variáveis de entrada. As simulações do comportamento térmico da sala-teste foram implementadas informando-se ao programa a temperatura das salas ou os coeficientes de uma equação representativa das mesmas. Por considerar que a primeira representava melhor as condições térmicas das salas contíguas, utilizou-se esta modalidade para análise As simulações foram conduzidas, alterando-se opções fornecidas pelo programa: modelo de céu isotrópico e anisotrópico, coeficiente de convecção simples e detalhado. Os resultados da carga térmica e temperatura ambiente da sala-teste obtidos nas simulações foram comparados com os dados experimentais do período de monitoramento. A melhor concordância foi obtida para o modelo anisotrópico, coeficiente de convecção detalhado. Constatou-se uma grande discrepância entre as cargas térmicas, para o modelo de convecção simples. Assim, conclui-se que o "software" EnergyPlus representa bem o comportamento térmico de uma edificação "termicamente pesada" para coeficiente de convecção detalhado, necessitando pesquisa para as demais edificações.

Avaliação do comportamento térmico do protótipo habitacional Alvorada

O presente trabalho trata da verificação, in loco, do comportamento térmico de um protótipo de edificação térrea unifamiliar, de padrão popular, construído no Campus da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, na cidade de Porto Alegre/RS (30º 02' S; 51º 13'O). A edificação, denominada “protótipo Alvorada”, foi desenvolvida a partir dos princípios e pressupostos básicos de sustentabilidade. O projeto original considerou os aspectos climáticos do local de implantação e buscou minimizar a utilização de materiais poluentes, tóxicos ou de alto conteúdo energético. Durante as quatro estações, em um período de doze meses (entre maio de 2003 e maio de 2004), foram realizadas medições em intervalos horários de diversas variáveis ambientais no interior da edificação. Os dados internos foram comparados com os dados externos obtidos em uma estação meteorológica localizada nas imediações do protótipo. O principal critério utilizado para a avaliação do comportamento térmico do protótipo Alvorada, foi o diagrama bioclimático de Givoni (1992) para países em desenvolvimento e de clima quente. Os resultados indicaram que, durante o ano de monitoramento, o número de horas de conforto foi triplicado no interior do protótipo (em relação às condições externas). A construção conseguiu amenizar os valores extremos de temperatura e reduziu consideravelmente o número de horas com umidade relativa superior a 80%.

Análise de métodos de predição de conforto térmico de habitação em clima quente-úmido com condicionamento passivo

The assessment of building thermal performance is often carried out using HVAC energy consumption data, when available, or thermal comfort variables measurements, for free-running buildings. Both types of data can be determined by monitoring or computer simulation. The assessment based on thermal comfort variables is the most complex because it depends on the determination of the thermal comfort zone. For these reasons, this master thesis explores methods of building thermal performance assessment using variables of thermal comfort simulated by DesignBuilder software. The main objective is to contribute to the development of methods to support architectural decisions during the design process, and energy and sustainable rating systems. The research method consists on selecting thermal comfort methods, modeling them in electronic sheets with output charts developed to optimize the analyses, which are used to assess the simulation results of low cost house configurations. The house models consist in a base case, which are already built, and changes in thermal transmittance, absorptance, and shading. The simulation results are assessed using each thermal comfort method, to identify the sensitivity of them. The final results show the limitations of the methods, the importance of a method that considers thermal radiance and wind speed, and the contribution of the chart proposed

Desempenho térmico de coberturas: Um estudo comparativo entre as telhas de material reciclado, de fibra e betume, fibrocimento e cerâmica

This study aims to compare the thermal performance of tiles made from recycled material (waste packaging cardboard with aluminized film) with the tiles of fiber and bitumen, fiber cement and red ceramic with the aim of verifying the suitability of tile to be used in hot and humid climate of low latitude. The samples were selected according to the availability from Natal - RN market, as they are sold to the consumers. The methodology was based on studies that used experimental apparatus composed of thermal chambers heated by banks of incandescent bulbs, to analyze the thermal performance of materials. The tiles in the study were submitted to analysis of thermal performance, thermophysical properties and absorptance, using chambers of thermal performance, measuring the thermophysical properties and portable spectrometer, respectively. Comparative analysis of thermal performance between two samples of the recycled material with dimple sizes and different amounts of aluminum were made, in order to verify, if these characteristics had some interference on the thermal performance of them; the results showed no significant performance differences between the samples. The data obtained in chambers of thermal performance and confirmed by statistical analysis, showed, that the tile of recycled material have similar thermal performance to the tile of fiber cement. In addition to these tests was carried out the automatic monitoring of a building covered with tiles of recycled material, to verify its thermal performance in a real situation. The results showed that recycled shingles must be used with technical criteria similar to those used for fiber cement tiles, with regard to the heat gain into the building. Within these criteria should be taken into account local characteristics, especially in regions with hot and humid climate, and its use must be associated, according to the literature, to elements of thermal insulation and use of passive techniques such as vented attics, ceilings and right foot higher

Conforto térmico em espaços públicos de passagem: estudos em ruas de pedestres no estado de São Paulo

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Regimes térmico e hídrico em solos sob ecossistemas naturais e área agrícola no Leste da Amazônia

A temperatura e umidade do solo são variáveis cujo conhecimento é fundamental para determinar os balanços de energia e água na biosfera. Os regimes térmico e hídrico dos solos sob cada ecossistema apresentam variações consideráveis, de acordo com sua mineralogia, o clima local e a vegetação. Nesse contexto, as temperaturas e umidades do solo foram medidas sob três ecossistemas existentes na região leste da Amazônia, a saber: floresta nativa (FLONA Caxiuanã, 01° 42' 30" S e 51° 31' 45" W), pastagem nativa (Soure, 00° 43' 25" S e 48° 30' 29" W) e área agrícola (!garapé-Açu, 01° 07' 59" S e 47° 36' 55" W). Os dados de campo na floresta e na pastagem foram coletados entre dezembro de 2001 e fevereiro de 2005; enquanto que na área agrícola, o monitoramento foi limitado de agosto de 2003 a fevereiro de 2005. Estas observações das variáveis físicas do solo foram analisadas levando em consideração as variáveis meteorológicas medidas simultaneamente tais como o fluxo de radiação solar incidente e a precipitação pluviométrica, que interferem diretamente nas variáveis do solo em cada sitio escolhido para estudo. As temperaturas do solo foram monitoradas por meio de sondas térmicas em profundidades de 0,05; 0,20 e 0,50 m. Fluxímetros de calor mediram esta variável em níveis de profundidade em 0,05 e 0,20 m. A umidade volumétrica do solo na camada superior de 0,30 m foi medida por sensor de sonda dupla por Reflectometria no Domínio do Tempo (TDR) em cada sitio. Foram feitas analises considerando as respostas do solo durante o período seco e chuvoso local, nestes três ecossistemas representativos do leste da Amazônia. Estimativas de difusividade térmica aparente do solo foram feitas pelos métodos da amplitude e da fase usando os dados de propagação do pulso diário de calor nesses solos. Os resultados mostraram valores bem diferentes, porém,no primeiro método pareceu mais confiável e adequado para o modelamento numérico. Como esperado, considerando a sua pouca cobertura vegetal, as temperaturas dos solos nos níveis superficiais, apresentaram grandes variações na pastagem e na área agrícola. Inesperadamente, as temperaturas na profundidade de 0,5 m abaixo da floresta mostraram maiores variações de amplitude que as profundidades de 0,20 e 0,05 m. O modelamento numérico das variações temporais da temperatura, em função da profundidade, para cada solo foi feito através do método harmônico Os resultados mostraram que o primeiro harmônico representou mais de 90% da variação total observada do pulso diário da temperatura da pastagem e área agrícola em 0,2 e 0,05 m de profundidade. Performance similar do modelamento foi observada na floresta nos níveis de 0,05 e 0,20 m. A magnitude dos fluxos de calor abaixo da pastagem e área agrícola atingiram valores seis vezes maiores que aqueles observados sob a floresta. Os resultados mostraram que, para a camada do solo superior de 0,30 m, a umidade volumétrica do solo sob a floresta é maior que sob os outros ecossistemas estudados neste trabalho. Este resultado é devido aparentemente; à proteção da floresta contra a evaporação da superfície do solo. Uma análise do comportamento sazonal e diário das temperaturas e umidade solos em resposta à radiação solar e precipitação é apresentada. Estudos de caso da taxa de perda da umidade do solo depois de significativa recarga de água por eventos de precipitação, também foram analisados. Algumas estimativas diárias de diminuição de água e recarga durante a noite e madrugada por subida de água de camadas subjacentes para a camada de 0.30 m foram feitas. Este trabalho analisou a maior serie temporal dos dados de temperatura e umidade dos solos coletados com alta freqüência de amostragem disponível até o momento, para o leste da Amazônia. Foi possível caracterizar as diferenças dos regimes destas variáveis físicas, abaixo de três ecossistemas importantes desta região. Estudos futuros dos minerais e materiais orgânicos nestes solos, bem como dos índices de área foliar e da biomassa das coberturas vegetais desses ecossistemas, melhoraria a compreensão dos regimes descritos neste trabalho.

Monitoramento do processo de densificação de compósitos termoestruturais de carbono reforçado com fibras de carbono por tomografia computadorizada e resistividade elétrica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Conforto térmico em espaços públicos de passagem: estudos em cidades do Estado de São Paulo

This paper presents the results of a study on the thermal comfort in open urban spaces, undertaken in pedestrian streets located in the three towns, Campinas, Baurú, and Presidente Prudente, in the state of Sao Paulo. The study was developed as part of a more extensive project on thermal comfort in different kinds of open public spaces in Brazil. The methodology involved monitoring the microclimatic variables (air and globe temperature, humidity, air velocity and global solar radiation), and structured interviews, in order to assess the actual thermal comfort through the Actual Sensation Vote (ASV) and the personal users’ variables. The Physiological Equivalent Temperature (PET) was also calculated. The results show different limits for neutral temperature in each city: 20-29ºC for Campinas, 21-30 ºC for Bauru and 14-24 ºC for Presidente Prudente). However, 59.5% of the total sample (308 out of 519 individuals) indicated comfort limits ranging from 18 to 26 ºC, which is consistent with the limits proposed by Monteiro and Alucci for the city of Sao Paulo. These results can contribute to evaluate the thermal quality of other public spaces in the same towns.

Conforto térmico em corredores urbanos: estudo de caso em Bauru-SP

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Análise de métodos de predição de conforto térmico de habitação em clima quente-úmido com condicionamento passivo

The assessment of building thermal performance is often carried out using HVAC energy consumption data, when available, or thermal comfort variables measurements, for free-running buildings. Both types of data can be determined by monitoring or computer simulation. The assessment based on thermal comfort variables is the most complex because it depends on the determination of the thermal comfort zone. For these reasons, this master thesis explores methods of building thermal performance assessment using variables of thermal comfort simulated by DesignBuilder software. The main objective is to contribute to the development of methods to support architectural decisions during the design process, and energy and sustainable rating systems. The research method consists on selecting thermal comfort methods, modeling them in electronic sheets with output charts developed to optimize the analyses, which are used to assess the simulation results of low cost house configurations. The house models consist in a base case, which are already built, and changes in thermal transmittance, absorptance, and shading. The simulation results are assessed using each thermal comfort method, to identify the sensitivity of them. The final results show the limitations of the methods, the importance of a method that considers thermal radiance and wind speed, and the contribution of the chart proposed

Desempenho térmico de coberturas: Um estudo comparativo entre as telhas de material reciclado, de fibra e betume, fibrocimento e cerâmica

This study aims to compare the thermal performance of tiles made from recycled material (waste packaging cardboard with aluminized film) with the tiles of fiber and bitumen, fiber cement and red ceramic with the aim of verifying the suitability of tile to be used in hot and humid climate of low latitude. The samples were selected according to the availability from Natal - RN market, as they are sold to the consumers. The methodology was based on studies that used experimental apparatus composed of thermal chambers heated by banks of incandescent bulbs, to analyze the thermal performance of materials. The tiles in the study were submitted to analysis of thermal performance, thermophysical properties and absorptance, using chambers of thermal performance, measuring the thermophysical properties and portable spectrometer, respectively. Comparative analysis of thermal performance between two samples of the recycled material with dimple sizes and different amounts of aluminum were made, in order to verify, if these characteristics had some interference on the thermal performance of them; the results showed no significant performance differences between the samples. The data obtained in chambers of thermal performance and confirmed by statistical analysis, showed, that the tile of recycled material have similar thermal performance to the tile of fiber cement. In addition to these tests was carried out the automatic monitoring of a building covered with tiles of recycled material, to verify its thermal performance in a real situation. The results showed that recycled shingles must be used with technical criteria similar to those used for fiber cement tiles, with regard to the heat gain into the building. Within these criteria should be taken into account local characteristics, especially in regions with hot and humid climate, and its use must be associated, according to the literature, to elements of thermal insulation and use of passive techniques such as vented attics, ceilings and right foot higher