An evaluation of strategies to determine the inlet temperatures of Earth-air heat exchangers

Authors

DOI:

https://doi.org/10.5902/2179460X67002

Keywords:

Analytical modeling, Air temperature, Earth-air heatexchangers

Abstract

Earth-air heat exchangers (EAHE) represent a promising option to reduce heating or cooling loads of buildings. Basically, EAHE use underground ducts, where the air circulates to exchange heat with the ground. The analytical model proposed here considers, among other factors, the air temperature in the soil and also at the inlet and outlet of the ducts. In particular, this paper addresses two ways to determine the inlet air temperature, one provided by the Agrometeorological Station of Pelotas and the other based on ERA-Interim reanalysis data. Comparisons have shown efficiency between both ways.

Downloads

Download data is not yet available.

Author Biographies

Eduardo de Sá Bueno Nóbrega, Universidade do Vale do Rio dos Sinos, São Leopoldo, RS

Atualmente, é doutorando em Engenharia Mecânica na Universidade do Vale do Rio dos Sinos (Unisinos), onde é bolsista com financiamento da CNPq. Possui mestrado em Modelagem Matemática pela Universidade Federal de Pelotas (2020) e graduação em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Rio Grande (2014). Tem experiência na área de Engenharia Civil, com ênfase em projetos residenciais. Atuou como Orientador Educacional e coordenador do curso Técnico em Segurança do Trabalho da escola SENAC Pelotas/RS. Foi docente no curso Técnico em Edificações do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Sul-Rio-Grandense. Pós-graduando em Engenharia de Segurança do Trabalho, pela Universidade Católica de Pelotas e graduando no curso de Licenciatura em Matemática, da Universidade Federal de Pelotas.

 

Ana Maria Bersch Domingues, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, RS

Ensino médio completo pelo Colégio Franciscano Nossa Senhora Aparecida (CFNSA) - Canguçu/RS; Graduanda do Curso de Licenciatura em Matemática Integral pela Universidade Federal de Pelotas (UFPel) - Pelotas/RS; Bolsista de Iniciação Científica pela FAPERGS, pesquisando sobre Trocadores de calor solo-ar (TCSA) no Laboratório de Eficiência Energética e Teoria Construtal (LEETC) da UFPel.

 

Juliana Costi, Universidade Federal do Rio Grande, Rio Grande, RS

Oceanóloga (FURG - 2008), mestra em Sensoriamento Remoto (UFRGS - 2011) e doutora em Ciências/Geologia Marinha (UFRGS - 2016). Atualmente é pós doutoranda do PRH-22, desenvolvendo atividades de pesquisa no Laboratório de Monitoramento do Criosfera (FURG). Membro do INCT da Criosfera, colaboradora do Centro Polar e Climático (UFRGS) e pesquisadora vinculada ao Laboratório de Análise Numérica e Sistemas Dinâmicos (FURG).

 

Ruth da Silva Brum, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, RS

É professora adjunta da Universidade Federal de Pelotas. Possui curso técnico em informática pela Escola Agrotécnica Federal de São Vicente do Sul (2002), Licenciatura em Matemática pelo Centro Universitário Franciscano (2005), Especialização em Educação em Ciência e Tecnologia pela Universidade Federal do Pampa (2009), Mestrado em Modelagem Computacional pela Universidade Federal do Rio Grande (2013), Doutorado em Engenharia Mecânica pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (2016) e Pós doutorado no Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse (2018). Em suma, possui experiência em áreas interdisciplinares envolvendo matemática aplicada, engenharias e educação especial.

 

Jairo Valões de Alencar Ramalho, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, RS

É professor associado da Universidade Federal de Pelotas com graduação em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal do Ceará e doutorado em Modelagem Computacional pelo Laboratório Nacional de Computação Científica. Seu perfil de formação e atuação é multidisciplinar, possuindo experiência em diferentes áreas da Engenharia, Matemática, Ciência da Computação, Modelagem Computacional e Educação Especial.

 

Régis Sperotto Quadros, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, RS

Possui graduação em Matemática pela Universidade de Passo Fundo (UPF), mestrado em Matemática Aplicada pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) e doutorado em Matemática Aplicada pela Technische Universität Darmstadat (Alemanha). Professor do Instituto de Física e Matemática da Universidade Federal de Pelotas. Tem experiência na área de modelagem matemática.

 

References

AGRAWAL, K., MISRAB, G., JAMUWAB, D. The state of art on the applications, technology integration, and latest research trends of Earth-air heat exchangers system. Geothermics, 82, 34-50, 2019.

ASSAD, E., PINTO, H. Impacto das mudanças climáticas no zoneamento agroclimático do café no Brasil. Pesquisa Agropec. Brasil, 39, 1057-1064, 2004.

BERLATO, M., CORDEIRO, A. Sinais de mudanças climáticas globais e regionais, projeções para o século XXI e as tendências observadas no Rio Grande do Sul: uma revisão. Agrometeoros, 25, 273-302, 2017.

BRUM, R., VAZ J., ROCHA, L., SANTOS, E., ISOLDI, L. A new computational modeling to predict the behavior of earth-air heat exchangers. Energy and Buildings, 64, 395-402, 2013.

BRUM, R., RAMALHO, J., ROCHA, L., ISOLDI, L., SANTOS, E. A Matlab code to fit periodic data. Revista brasileira de computação aplicada, 7, 16-25, 2015.

COPERNICUS, A. M. S. C., COPERNICUS, C. C. S. C. European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, URL: https://www.ecmwf.int/en/forecasts/datasets/reanalysis-datasets/era5, 2020.

DePAEPE, M., JANSSENS, A.Thermo-hydraulic design of earth-air heat exchangers.Energy and Buildings,35, 389–397, (2003).

DOMINGUES, A., NÓBREGA, E., RAMALHO, J., BRUM, R., QUADROS, R. Parameter analysis of earth-air heat exchangers overmulti-layered soils in south Brazil.Geothermics,93, 102,074, 2021.

NÓBREGA, E., BRUM, R., RAMALHO, J., QUADROS, R. A first study on earth-air heat exchanger in Pelotas.Revista Mundi,5,1–15, 2020.

OZGENER, O., OZGENER, L., TESTER, J. W. A practical approach to predict soil temperature variations for geothermal (ground)heat exchangers applications. International Journal of Heat and Mass Transfer, 62, 473–480, 2013.

RODRIGUES, M. K., BRUM,R., VAZ, J., ROCHA, L., SANTOS, E., ISOLDI, L. Numerical investigation about the improvement of the thermal potential of an earth-air heat exchanger (EAHE) employng the constructal design method. Renewable Energy, 80, 538–551, 2015.

SANTOS, D. D.Boletim Agroclimatológico. URL: http://agromet.cpact.embrapa.br/estacao/boletim.php, 2016.

SIMMONS, A., UPPALA, S., DEE, D., KOBAYASHI, S. Era-interim (2006): New ecmwf reanalysis products from 1989 onwards.ECMWF Newsletter,110, 26–35, 2006.

VAZ, J. Estudo experimental e numérico sobre o uso do solo como reservatório de energia para o aquecimento e resfriamentode ambientes edificados. Tese de Doutorado, Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil. Universidade Federal do RioGrande do Sul, Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil, Porto Alegre, Brasil, 2011

Published

2021-11-08

How to Cite

Nóbrega, E. de S. B., Domingues, A. M. B., Costi, J., Brum, R. da S., Ramalho, J. V. de A., & Quadros, R. S. (2021). An evaluation of strategies to determine the inlet temperatures of Earth-air heat exchangers. Ciência E Natura, 43, e15. https://doi.org/10.5902/2179460X67002

Issue

Section

Special Edition

Most read articles by the same author(s)